操作系统第五章总结/

Posted 2021-01-12 findz

第五章 输入/输出管理

 

1. I/O控制方式：程序直接控制方式，中断驱动方式，DMA方式，通道控制方式。
2. 程序直接控制方式：cpu需要对外设进行循环检查，直到确定该字已经在IO控制器的数据寄存器中。CPU和iO设备只能串行。
3. 中断驱动方式：允许io设备主动打断cpu运行并请求服务，从而解放cpu，使cpu向io控制器发送完读命令后可以继续做其他工作。以字传输，每个字需中断。
4. DMA方式：在IO设备和内存之间开辟直接数据通路，彻底解放cpu，以数据块传输，仅在开始或结束时候才需要cpu干预，整块数据传送是在DMA控制器的控制下完成。
5. DMA控制器中应设置包括四类寄存器：命令/状态寄存器（CR）接受从cpu发来的io命令或控制信息或设备的状态，内存地址寄存器（MAR）输入是存放内存的起始目标地址/输出时存放内存源地址，数据寄存器（DR）暂存内存到设备或设备到内存的数据，数据计数器（DC）存放本次传送的字数
6. DMA方式工作过程：当cpu接受到io设备的DMA请求时候，它给DMA控制器发出一条命令，启动DMA控制器，由DMA控制操作数据，cpu去做其他事，DMA控制器和存储器交互，传送整个数据块，每次仅传一个字，这个过程不需cpu参与，当全部传送完成，DMA控制器发送中断信号给cpu。
7. 通道控制方式：io通道是专门负责输入输出的处理机。一组数据块的读写为单位，实现cpu，通道，和io设备三者并行。
8. 通道控制方式工作过程：cpu收到io设备请求，向通道发生一条io指令，给出所执行通道程序的首地址和访问的io设备，通道执行通道程序完成cpu指定io任务，数据传送结束后向cpu发中断请求。
9. io通道和一般处理机的区别：通道指令单一，没有自己的内存，通道程序存放在主机内存和cpu共享内存。
10. io通道和DMA方式区别：DMA方式需要cpu来控制传输的数据块大小，传输的内存位置，每DMA控制器对应一台设备和内存传递数据；通道控制传输的信息，可以控制多台设备和内存的数据交换。
11. io子系统的层次：用户层io软件，设备独立性软件，设备驱动程序，中断处理程序，硬件设备
12. I/O调度就是确定一个好的顺序来执行这些I/O请求。
13. 磁盘高速缓存（Disk Cache）利用内存空间来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息。
14. 磁盘高速缓存在逻辑上属于磁盘，物理上则是驻留在内存中的盘块。
15. 高速缓存在内存中分为两种形式：一种是在内存中开辟一个单独的存储空间作为磁盘高速缓存，大小固定；另一种是把未利用的内存空间作为一个缓冲池，供请求分页系统和磁盘I/O时共享。
16. 在设备管理子系统中，引入缓冲区的目的主要有：
    1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
    2）减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制。
    3）解决基本数据单元大小（即数据粒度）不匹配的问题。
    4）提高CPU和I/O设备之间的并行性。
17. 缓冲技术有：单缓冲（在设备和处理机之间设置一个缓冲区）双缓冲（缓冲区1满了再装填2，处理完1，2满了则处理2）循环缓冲（多个大小相等的缓冲区，每个缓冲区有链接指针到下个缓冲区，最后一个指向第一个）缓冲池（系统公用缓冲区，缓冲区分三个队列）

18. 高速缓存和缓冲区的区别
    
    

19. 设备分配是指根据用户的I/O请求分配所需的设备。分配的总原则是充分发挥设备的使用效率，尽可能地让设备忙碌，又要避免由于不合理的分配方法造成进程死锁。
20. 设备的特性来看，采用下述三种使用方式的设备分别称为独占设备、共享设备和虚拟设备。
21. SPOOLing技术是在批处理操作系统时代引入的，即假脱机I/O技术。这种技术用于对设备的操作，实质上就是对I/O操作进行批处理。
22. SPOOLing技术实质上是一种以空间换取时间的技术，请求分页系统中的页面调度算法刚好相反，是以时间换空间的技术。
23. 设备分配依据的主要数据结构：设备控制表（DCT）、控制器控制表（COCT）、通道控制表（CHCT）和系统设备表（SDT）
24. 设备分配先后访问的数据结构：SDT—DCT—COCT—CHCT
25. 一个设备控制表就表征一个设备，而这个控制表中的表项就是设备的各个属性。每个设备都分为机械部件和电子部件两部分，其中负责解析上层传达的命令并控制解析部件运作的是电子部件（控制器），所以每个DCT，都需要一个表项来表示控制器，也就是需要一个指向控制器控制表（COCT），因此DCT与COCT有一一对应的关系。

26. 系统设备表SDT：整个系统只有一张SDT。它记录已连接到系统中的所有物理设备的情况，每个物理设备占一个表目。
    

27. 设备分配考虑因素：I/O设备的固有属性、I/O设备的分配算法、I/O设备分配的安全性以及I/O设备的独立性。
28. 设备分配原则：设备分配应根据设备特性、用户要求和系统配置情况。分配的总原则：既要充分发挥设备的使用效率，又要避免造成死锁，还要将用户程序和具体设备隔离开。
29. 对于独占设备，既可以用动态分配方式也可以采用静态分配方式，往往采用静态分配方式，即在作业执行前，将作业所要用的这一类设备分配给它。共享设备可被多个进程所共享，一般采用动态分配方式，但在每个I/O传输的单位时间内只被一个进程所占有，通常采用先请求先分配和优先级高者优先的分配算法。
30. 为了提高设备分配的灵活性和设备的利用率、方便实现I/O重定向，因此引入了设备独立性。设备独立性是指应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性，在应用程序中使用逻辑设备名来请求使用某类设备，在系统中设置一张逻辑设备表（LUT），用于将逻辑设备名映射为物理设备名。LUT表项包括逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序入口地址；当进程用逻辑设备名来请求分配设备时，系统为它分配相应的物理设备，并在LUT中建立一个表项，以后进程再利用逻辑设备名请求I/O操作时，系统通过查找LUT来寻找相应的物理设备和驱动程序。

31. 在系统中可采取两种方式建立逻辑设备表：
    1）在整个系统中只设置一张LUT。这样，所有进程的设备分配情况都记录在这张表中，故不允许有相同的逻辑设备名，主要适用于单用户系统中。
    2）为每个用户设置一张LUT。当用户登录时，系统便为该用户建立一个进程，同时也为之建立一张LUT，并将该表放入进程的PCB中。
    

32. SPOOLing系统的主要特点有：提高了I/O的速度：将独占设备改造为共享设备；实现了虚拟设备功能。
33. 输入输出井是在磁盘上开辟存储空间，输入输出缓冲区是在内存中开辟。
34. 用户打印数据首先被送到输出井，输出井在磁盘。