操作系统中的I/O管理：控制方式与设备分配

"操作系统第五章IO管理.pdf" 操作系统中的I/O管理是系统设计的重要部分，它涉及设备控制、数据传输、资源分配等多个方面。以下是详细的知识点解释： 1. **IO控制器**：IO控制器是连接CPU和外部设备的桥梁，其主要任务是处理设备与内存之间的数据传输。它通常包含寄存器，用于存储设备状态和控制命令。 2. **寄存器编址方式**：有两种主要的寄存器编址方式，一是内存映射I/O，即将I/O端口地址映射到内存地址空间；二是I/O端口映射，其中I/O端口有自己的地址空间，独立于内存地址。 3. **I/O控制方式**： - **程序直接控制**：CPU通过执行指令直接控制I/O操作，但在等待I/O完成时CPU会被阻塞，效率较低。 - **中断驱动**：设备完成操作后向CPU发送中断信号，CPU响应后执行中断处理程序，减少了CPU的等待时间。 - **DMA（直接内存访问）**：数据直接在内存和设备之间传输，无需CPU介入，提高了传输效率。 - **通道控制**：通道是专门处理I/O的硬件，可以同时控制多个设备，进一步减少了CPU的干预。 4. **IO软件层次结构**： - **用户层软件**：用户通过系统调用发起I/O请求。 - **设备独立性软件**：提供逻辑设备名到物理设备名的映射，实现设备无关性，处理包括逻辑设备表（LUT）、数据缓冲、设备分配与回收、差错处理等功能。 - **设备驱动程序**：直接控制硬件设备，处理设备特有的控制指令。 - **中断处理程序**：响应设备的中断请求，执行设备完成后的处理。 5. **IO调度**：决定如何有效地处理多个I/O请求，通常使用各种算法如FCFS（先来先服务）、短作业优先等。 6. **假脱机技术（SPOOLing）**：通过磁带等高速设备模拟慢速设备（如打印机），缓存输入/输出数据，使得CPU可以继续执行其他任务。 7. **设备类型**： - **独占式设备**：如打印机，一次只能服务于一个进程。 - **共享设备**：如磁盘，可以被多个进程并发访问，但实际上是交替使用的。 8. **SPOOLing技术**：通过虚拟设备技术将独占设备转换为共享设备，允许多个进程同时使用。 9. **设备分配**： - **静态分配**：在进程启动前分配所有资源，避免死锁，但灵活性低。 - **动态分配**：运行时按需分配，更灵活，但可能导致死锁。 10. **设备分配管理中的数据结构**： - **DCT（设备控制表）**：记录设备的状态和控制信息。 - **COCT（控制器控制表）**：描述设备控制器的信息。 - **CHCT（通道控制表）**：管理通道的信息。 - **SDT（系统设备表）**：列出系统中所有设备的信息。 11. **缓冲区管理**： - **缓冲区**：减少I/O延迟，改善CPU与I/O设备间的速度差异。 - **单缓冲**：每次只传输一个缓冲区的数据，例如T>C表示数据从设备传输到缓冲区。 以上就是操作系统中关于I/O管理的关键知识点，这些概念和技术对于理解和优化系统性能至关重要。