【学习笔记】第五章——I/O（设备分类、控制方式、软件层次结构、假脱机、缓冲）

很感动，终于结束了拖延了这么久的操作系统网课= =

一. 设备分类与控制方式

1）设备分类

• 举例：鼠标、键盘、显示器、移动硬盘等
  

2）控制方式

1. 程序直接控制方式

• 轮询，CPU 干预频率频繁。
• 实现简单，但是 CPU 利用率低
  

2. 中断驱动方式

• 每次 I/O 操作开始之前、完成之后需要 CPU 介入
• CPU 利用率得到提升，但频繁的中断处理会消耗较多的 CPU 资源
  

3. DMA 方式

• 不再需要经过 CPU
• 传输以块为单位，CPU 和 I/O 的并行性得到提升。
• 缺点：需要连续，不能处理离散（需要多次中断）
  

4. 通道控制方式

• 引入通道：一种硬件，可以识别并执行一系列通道指令
• 实现复杂，需要专门的通道硬件
• 但是资源利用率很高
  

总结

• CPU 干预频率逐步下降
• 每次 I/O 的数据传输单位逐步变大
  

二. 软件层次结构与假脱机

1）软件层次结构

• 用户层软件：提供库函数
• 设备独立性软件、设备驱动程序、中断处理程序 =》 I/O 核心层
• I/O 请求自顶向下，得到的 I/O 应答自底向上
• 设备独立性软件：向上提供系统调用接口
  

2）脱机 - 假脱机

• 脱机：缓解设备与 CPU 的速度矛盾（预输入、缓输出）
• 假脱机：用软件模拟脱机（SPOLLing 技术）。
• 共享打印机：通过假脱机技术，把独占的打印机虚拟成共享的打印机（用户感觉）
  

三. 缓冲（重点）

1）缓冲简介

• 可以用专门的硬件寄存器，但一般用内存作为缓冲区。
  
• 作用：
  1. 缓和 CPU - I/O 之间速度不匹配的问题
  2. 减少 CPU 的中断频率
  3. 提高 CPU - I/O设备 的并行性，解决数据粒度不匹配的问题。
     

2）单缓冲、双缓冲

• 单缓冲：一个缓冲区，非空时不能入，非满时不能出
  
• 双缓冲：两个缓冲区
  
• 双缓冲才能实现双向传输（如管道通信）
  

3）循环缓冲、缓冲池

• 循环缓冲区：构成一个下图的循环队列
  
• 缓冲池：只能说池化设计就是 yyds。队列 + 共用的缓冲区
• 四种缓冲区：收容输入、提取输入；收容输出、提取输出