操作系统复习篇（13）——I/O输入系统

第13章 I/O输入系统

• 剖析操作系统I/O子系统结构
• 讨论I/O硬件原理和复杂度

概述

• 设别驱动程序为I/O子系统提供了统一设备访问接口
• 总线（bus）：多个设备共用一组线

I/O硬件

• I/O端口通常有状态寄存器、控制寄存器、输入寄存器、输出寄存器
• 数据输入寄存器：被主机读出以获取数据
• 数据输出寄存器：被逐季写入以发送数据
• 状态寄存器：包含主机可以读取的状态位
• 控制寄存器：发送命令或改变状态
• 轮询（polling）：等于忙等待（busy-waiting）
• 中断（interrupt）
• 直接内存访问（direct-memory access）：直接将指令存储在DMA中，就可以不通过CPU，直接利用地址访问内存

I/O应用接口

• 阻塞与非阻塞I/O
• 异步与同步
• 非阻塞：立即返回结果，无论是否是要求的结果的内容
• 异步：等待某个合适的时间进行返回足够的结果

I/O内核子系统

• I/O调度：通过调整请求的顺序实现最高的效率
• 缓冲：保存在两个设备之间或者设备与应用程序之间的传输数据，作用是处理数据生产者与消费者的速度差异；协调传输数据大小不一致的设备；支持应用程序I/O的复制语义
• 缓冲可能是提供数据项的唯一副本，高速缓存提供了一个驻留在其他地方的数据在高速存储上的副本
• 假脱机（spooling）：保存设备输出的缓冲区，先将需要输出的数据存储到一个独立的磁盘上，但数据复制完成之后，会到设备处进行排队
• 错误处理
• I/O保护
• 内核数据结构