操作系统原理（四）

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我们知道操作系统是管理计算机硬件和软件资源的、直接运行在裸机上的计算机系统软件。它是用户和计算机的接口，这点不仅体现在对资源的分配，也体现在设备的调用上，那么今天就讲讲操作系统中的IO设备管理。

那么先看看什么是IO呢？别说这是数字10，IO指IO接口和IO设备，从软件的角度看，IO是字节流的获取和输出，而硬件上IO是电路的交换。

IO的操作需要设备，如打印机、键盘...这里iowa设备分有几种：字符设备、块设备、网络设备。

字符设备：以字符为单位传输的设备，注意这里单位不一定是字节，因为字符不都是一个字节。在计算机中，字符设备以特别文件的方式存在，当一个硬件连入计算机后，必须创建这个硬件的特别文件才可使用，当然具体的控制还需要io接口和驱动程序。

块设备：拥有固定信息存储大小的设备，如磁盘。

网络设备：链接到网络中的物理实体，访问时需要格式化报文交换。

IO的控制方式有多种，下面我们来讨论一下。

1、查询方式：CPU不断检测io设备的空闲标志位，如果空闲则交换一个字节，否则处于等待状态，显然这种控制方式蠢得一批，因为cpu运算速率高，io则低，这种控制方式中cpu大多 出于等待状态，极大地降低cpu利用率，cpu不断检测的原因是它没有中断机构，得不到一个io设备返回的值来中断操作。

2、中断驱动控制方式：cpu对外设发出命令后便去执行其他程序，此时io开始操作数据，等到数据到达寄存器时，控制器发出中断给cpu，让其执行io作业，cpu再回来继续执行。这种方式相比查询方式具备了一定的并行性，提高了cpu利用率，然而多次的中断太消耗cpu的时间。

3、直接存储器控制方式（DMA）：控制器控制数据块与外设的数据交换，再由cpu操作数据，比起上一种方式，这种方式让cpu并行的时间大大增长，也大大降低了cpu干预io的时间。不过注意，DMA控制数据块交换需要额外寄存器的配置，此外该方式线路简单适用于小型计算机。

4、通道控制技术：该技术是发展DMA控制技术，控制器控制的不仅是数据块的数据交换，还有相关的控制管理单位，cpu只要向通道发送一条指令（包括要执行的通道程序首地址和使用的设备），通道接收指令后执行相应通道程序则可完成io任务，这种方式很好地实现了cpu、通道、io设备并行。

那么说io的控制方式的时候，遇到了一个问题，就是cpu和io设备的执行速度相差甚多而且设备与计算机的容量不同，所以为了解决这个问题，我们下面要提到缓冲技术。

计算机将内存的好多部分用作缓冲区，每一个缓冲区指定一个额设备，cpu将数据写入各个缓冲区后，设备则可用自己的速度读取数据，cpu与设备的并行，缓冲技术几种：单缓冲、双缓冲、循环缓冲。

单缓冲：外设与用户用同一个缓冲区，用户申请缓冲区写入数据后，直到缓冲区满，外设再读取缓冲区。

双缓冲：外设和用户使用不同的两个缓冲区，用户不断写入数据，外设不断读入数据，仅当两个缓冲区都为空时，而且还需要数据读出时才会等待。

循环缓冲:含指针索引。