操作系统之I/O管理与磁盘调度复习记录。
I/O设备分类
- 人可读（打印机、鼠标、键盘）
- 机器可读（磁盘驱动器、USB密钥、传感器）
- 通信（网卡、调制解调器）
I/O控制方式
程序I/O方式
cpu代表进程给I/O模块发送I/O命令，程序进入忙等，等待操作完成，才能继续执行。
中断驱动I/O方式
CPU代表进程给I/O模块发送I/O命令
- 如果I/O指令是非阻塞的，则继续执行后续指令
- 如果I/O指令是阻塞的，当前进程阻塞，调度其他进程。
- 每次传输一个数据即产生中断
直接存储器访问（DMA）方式
工作流程
DMA与中断驱动I/O方式对比
- 中断频率：
- 中断驱动I/O：每次传输一个数据产生中断
- DMA：一块数据全部传送结束中断
- 数据传输：
- 中断驱动I/O：数据传送在中断处理时由CPU完成
- DMA：由DMA控制器完成
- 应用：
- 中断驱动I/O：键盘鼠标
- DMA：磁盘
小结
I/O设计
I/O功能组织模型（层次化设计）
I/O软件层次
设备独立性
应用程序独立于具体使用的物理设备
逻辑I/O模块允许应用程序使用设备标识符及简单的命令与设备打交道。
逻辑设备表：逻辑设备名、物理设备名、驱动程序入口地址
设备I/O模块将逻辑I/O请求和操作转化为响应的物理设备的I/O访问控制。
I/O缓冲
输入请求发出前开始输入传送
输出请求发出后一段时间才输出传送
缓冲区在内存
单缓冲
双缓冲
循环缓冲
使用两个或多个缓冲区，构成循环缓冲
缓冲作用
- 缓解I/O设备速度与CPU速度不匹配的矛盾
- 多道程序环境中，缓冲可以提高操作系统的效率，提高单个进程的性能。
Spooling技术（磁盘中的缓冲）
在磁盘中建立I/O缓冲区，缓和CPU高速和I/O设备低速间的矛盾。
将一台独占物理I/O设备虚拟化为多台逻辑I/O设备。从而允许多个用户共享一台物理I/O设备。
磁盘调度
磁盘性能参数
寻道时间Ts
旋转延迟Tr = 1/2r r为磁盘的转速
传输时间Tt = (b/N)/r
磁盘调度策略
- FIFO：先到的请求先访问
- 优先级PRI
- LIFO 后进先出 ：优先处理新到请求
- 最短服务时间优先/最短寻道时间优先SSTF：选择磁道距离最近的
- 电梯算法（SCAN）：磁头折返移动，满足途中的请求，改进：若前方无请求，可提前掉头。特点：偏爱最里和最外的磁道请求
- C-SCAN：限定一个方向扫描
黏着现象
进程对同一磁道有较高的访问速度时，磁头臂黏在响应的磁道上不移动。
N-step-SCAN：将请求分为若干子队列，每次使用SCAN处理一个队列，N = 1,FIFO;N很大，SCAN。
FSCAN：使用两个队列，扫描开始前，请求都在一个队列中，扫描过程中，新到的请求加入另一个队列，一个队列处理完才会处理另一个。
磁盘高速缓存
位于内存的缓冲区，包含磁盘某些扇区的副本。
置换算法
- LRU最近最少用（无计数，常用）
- LFU最不长使用（有计数，不常用，存在问题，前期频繁访问但后期不在使用的块不会被置换出来）