IO系统

I/O

三种常见的设备接口：字符设备（键盘、鼠标），块设备（磁盘、光驱），网络设备（无线、以太网）。

（1）字符设备：以字节为单位顺序访问；get()put()，文件访问接口和语义；

（2）块设备：以数据块为单位，均匀的大数据；I/O接口，文件接口，内存映射；

（3）网络设备：格式化的报文，Send/receive网络报文，网络接口支持网络协议。

 

（1）阻塞I/O：“wait”，读数据read，进程将进入等待状态，直到完成数据读出；

写数据write，进程将进入等待状态，直到完成数据写入。

（2）非阻塞I/O：“don’t wait”，立即从read或write系统调用返回，返回值为成功传输字节。传输字节有可能为零。

（3）异步I/O tell me later：

CPU与设备的连接：

IO指令：通过I/O端口号访问设备寄存器；

IO请求生存周期

CPU与设别控制器的数据传输：

程序控制I/O,ProgrammeI/O，通过CPU的in,out传输所有的，特点是硬件简单，但消耗CPU，适用于简单的、小型的设备I/O；直接内存访问DMA：适用于高吞吐量I/O,设备控制器可直接访问系统总线，直接与内存互相传输数据。

IO操作系统方式（1）轮询：IO设备在特定的状态寄存器中放置状态和错误信息，操作系统定期检测状态寄存器，开销大。（2）设备中断：CPU在IO之前设置任务参数，发出IO请求后执行其他，IO设备处理请求处理完成后出发CPU中断请求。

 

磁盘调度：寻道时间（定位到期望的磁道所花费的时间），旋转延迟（从零扇区到目的地花费的时间，平均延时是磁盘转一周时间的一半）。

磁盘调度算法优化磁盘访问时间：寻道时间是磁盘访问最耗时的部分，同时又多个在同一磁盘上的IO请求，随机处理磁盘性能差。

（1）先进先出FIFO算法：

（2）最短服务时间优先SSTF算法：选择当前位置需要移动时间最少的。

（3）扫描算法SCAN：在一个方向上移动，访问所有未完成的请求，调换方向。

（4）循环扫描算法C-SCAN：公平性；

（5）C-LOOK算法：先到达最后一个请求后，折访；

（6）N步扫描N-step-SCAN：磁头粘着现象（磁头停留在某处不动的情况），将其分为n个子队列（先来后到），对每个队列扫描算法。

（7）双队列扫描算法FSCAN：只分为两个队列，交替使用扫描算法。

 

磁盘缓存：数据传输双方访问速度差异较大时，引入的速度匹配中间层，是磁盘扇区在内存中的缓冲区。单缓存Single Buffer Cache，双缓存Double Buffer Cache

访问频率置换算法Frequency-based Replacement：在短周期中使用LRU，在长周期内使用LFU。