I/O核心子系统思维导图

生杀予夺

2024-03-23

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核心系统

缓冲区管理

驱动程序

设备分配回收，缓冲区管理等内容讲解

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思维导图大纲

I/O核心子系统

设备独立性软件

设备驱动程序

中断处理程序

假脱机技术

用户层软件

脱机技术

缓解设备与CPU的速度矛盾，实现预输入、缓输出

假脱机技术（SPOOLing）技术：用软件方式模拟脱机技术

见笔记图

不需要外围计算机，利用软件模拟实现外围控制机

空间换时间

设备与输入/输出井之间数据传送由系统控制

SPOOLing技术将独占设备“虚拟”成共享设备

虚拟设备：利用虚拟技术将独占设备->若干逻辑设备

设备的分配和回收

应考虑因素

固有属性

独占、共享、虚拟

设备独立性

用户使用设备的透明性

分配算法

安全性

安全分配方式

为进程分配一个设备后阻塞进程（破坏请求——保持条件）

不安全分配方式

分配后不阻塞，只有I/O得不到请求才阻塞

设备分配管理的数据结构

一个通道->多个控制器

一个控制器->多个设备

设备控制表（DCT）：

每个设备对应一张DCT，关键字段：标识/状态/指向COCT的指针/设备队列的队首指针

控制器控制表（COCT）：

每个设备控制器对应一张COCT，关键字段：标识/状态/指向CHCT的指针/设备控制器队列的队首指针

通道控制表（CHCT）：

每个通道对应一张COCT，关键字段：标识/状态/与通道连接的控制器表首址/通道队列的队首指针

系统分配表（SDT）：

记录全部设备，每个设备对应一个表目，表目中有指向DCT的指针

设备分配步骤

物理设备名（查SDT）->SDT->COCT->CHCT

只有设备、控制器、通道三者分配成功才算成功，之后启动I/O数据传送

缺点：必须使用“物理设备名”，换名不运行，忙碌阻塞

改进

用户编程使用逻辑设备名，操作系统实现逻辑设备名->物理设备名（LUT）

整个系统只有一张LUT / 每个用户一张LUT

缓冲区管理

缓冲区

缓解CPU和I/O速度矛盾、减少CPU中断、解决数据粒度不匹配、提高CPU和I/O并行性

单缓冲

见笔记图

T：磁盘到缓冲区，M：缓冲区到工作区进程，C：工作区进程到CPU

处理一块数据平均耗时max（T,C） + M

双缓冲

处理一块数据平均耗时max（T，C+ M）

流水线经典问题（处理多个数据块用时）

单缓冲

块数 × 平均一块用时 + C

双缓冲

块数 × 平均一块用时 + C + M

循环缓冲

缓冲池

适合并发进程有效输入输出

在内存中

三个队列：空缓冲队列、输入队列、输出队列

四个工作缓冲区

提高磁盘I/O速度

提前读

延迟写

虚拟盘（缓冲区）

驱动程序

应用程序按逻辑设备名访问设备，再经驱动程序的处理来控制物理设备，若更换物理设备，只需更换驱动程序

设备连接到主机后，驱动程序负责初始化设备

python进阶思维导图

U566235622

0.07

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RFO审核思维导图

@豆豆

4.58

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