I/O管理

一、I/O设备的基本概念

1、什么事I/O

I/O就是“输入/输出”，将数据输入到计算机，或接收计算机的数据输出到外部设备

2、I/O设备分类

• 按使用特性

  • 人机交互类外部设备(键盘鼠标)
  • 存储设备(磁盘)
  • 网络通信设备(网卡)

• 按传输速率

  • 低速设备(键盘)
  • 中速设备(打印机)
  • 高速设备(磁盘)

• 按信息交换单位

  • 块设备(磁盘)
  • 字符设备(键盘)

3、I/O设备的构成

• 机械部件:比如键盘鼠标的按键和按钮，用来执行具体的I/O操作
• 电子部件:即I/O控制器、设备控制器，是CPU与硬件设备之间的桥梁

4、I/O控制器主要作用

• 接收并识别CPU命令
• 向CPU报告设备状态
• 数据交换
• 地址识别

二、I/O控制器

1、I/O控制器的组成

• CPU与控制器间的接口
• I/O逻辑
• 控制器与设备间的接口

2、I/O控制方式

• 程序直接控制方式
  • CPU频繁干预
  • 每次读/写一个字
  • 读:设备->CPU->内存

• 中断驱动方式
  • CPU将此IO进程阻塞
  • IO前后CPU千预
  • 每次读/写一个字
  • 读:设备->CPU->内存

• DMA方式
  • 传输单位是“块”
  • 块之间传输需要CPU千预
  • 设备<->内存

• 通道控制方式
  • 通道是专门负责I/O的处理机
  • 每次读/写一组数据块
  • IO设备<->内存

三、I/O软件层次结构

1、用户层软件

• 实现用户交互接口
• 通过库函数实现系统调用

2、设备独立性软件

• 向上一层提供调用接口
• 设备保护
• 容错处理
• 设备分配与回收
• 数据缓冲区管理
• 逻辑设备与物理设备映射

3、设备驱动程序

不同设备硬件特性不同，但CPU指令相同负责控制硬件设备，将CPU指令转成设备操作驱动程序会以独立进程的形式存在

4、中断处理程序

IO完成后发出中断信号，执行中断处理程序会直接操作硬件

四、假脱机技术

假脱机技术

• 输入井和输出井
• 输入进程和输出进程
• 输入缓冲区和输出缓冲区

五、设备分配与回收

1、设备分配应考虑的因素

• 固有属性;
• 分配算法;
• 安全性

2、静态分配与动态分配

进程运行前分配所有资源,还是运行中动态申请资源

3、设备管理中的数据结构

4、设备分配步骤

• 根据物理设备名查SDT
• 查DCT，尝试分配给进程
• 查COCT，尝试分配给进程
• 查CHCT，尝试分配给进程