操作系统知识点总结（第六章 输入输出系统）
基于计算机操作系统（第四版）
第六章 输入输出系统
-
设备管理目标：提高系统资源利用率、方便用户使用
-
设备管理功能：提供用户接口
进行设备的分配与回收
实现真正的I/O操作
其他功能：管理缓冲区 -
I/O设备的类型：
按使用特性分类：①存储设备 ②I/O设备
按传输速率分类：①低速设备 ②中速设备 ③高速设备 -
设备控制器的主要功能是：控制一个或多个I/O设备
-
数据传输的控制方式：
1.程序直接控制方式
2.中断控制方式
3.DMA方式
4.通道控制方式 -
程序直接控制方式
造成CPU极大浪费。
CPU与I/O设备只能串行工作，整个计算机系统效率低下 -
中断控制方式
-
DMA方式
所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反。（在外设与内存之间开辟了直接交换数据的通路
DMA传输数据步骤：
1.一进程请求设备I/O，CPU把数据传输任务给DMA
2.该进程阻塞，等待I/O完成
3.DMA与内存进行数据传输
4.传输完向CPU发中断完成信号
5.CPU接受DMA中断请求，转中断处理程序
6.数据传送完成，唤醒被阻塞进程 -
I/O通道控制方式
1.一进程提出I/O请求，CPU把数据传输任务交给通道
2.该进程阻塞、CPU随即被调度给其它的进程
3.通道按CPU发来的启动命令，调用通道程序执行，外设在通道程序的规定下，与内存交换数据
4.数据传输完毕，通道向CPU发送中断请求
5.CPU响应中断，转中断处理程序，对I/O作善后处理，唤醒被阻塞的进程成就绪态。 -
设备分配时应考虑的因素：
1.设备的固有属性
2.设备分配算法
3.设备分配中的安全性
4.设备无关性原则 -
假脱机技术（SPOOLing技术）
联机情况下实现的同时外围操作的技术。
SPOOLing系统由以下四部分组成：
①输入井和输出井；②输入缓冲区和输出缓冲区；③输入进程和输出进程；④井管理程序。 -
SPOOLing系统的特点：
1.提高了I/O的速度
2.将独占设备改造为共享设备
3.实现了虚拟设备功能 -
假脱机打印机系统：逻辑上的共享
-
缓冲的四种类型：单缓冲、双缓冲、多缓冲（环形缓冲区）、缓冲池
-
磁盘的结构：扇区、柱面、磁头、磁臂
-
物理地址形式：磁头号（盘面号）、磁道号（柱面号）、扇区号
-
固定头磁盘、移动头磁盘
-
磁盘访问时间：①寻道时间 ②旋转延迟时间 ③传输时间
-
磁盘调度：根据用户磁盘I/O指令指定的柱面位置，来决定请求执行顺序的调度
目标：尽可能减少寻道时间，即减少移动臂的移动距离 -
先来先服务（FCFS）
优点：对各进程公平
缺点：①随机访问模式，无法对访问进行优化
②平均寻道距离较大，响应时间高，降低设备服务的吞吐量
适用于请求磁盘I/O的进程数目较少的场合。 -
最短寻道时间优先（SSTF）
优点：与FCFS相比，系统设备吞吐量高，响应时间低
缺点：对用户请求的访问机会不是均等的，对中间磁道服务好，内外两侧磁道服务差，导致响应时间幅度变化很大。 -
扫描（SCAN）算法（电梯算法）
优点：由于优先考虑磁头的当前移动方向，基本克服了SSTF的缺点，吞吐量大，平均响应时间小。
缺点：由于是摆动式的扫描，两边磁道被访问的频率仍然低于中间磁道。
在磁盘访问负荷较小的情况下，SCAN是最好的，而在中等以上负荷的情况下，CSCAN策略效果最佳。
- 循环扫描（CSCAN）算法
对扫描策略的改进，进一步减少响应时间