5、I/O
5、I/O
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
I/O控制方式——即：用什么样的方式来控制 I/O设备的数据读/写
需要注意的问题：1. 完成一次读/写操作的流程； 2. CPU干预的频率； 3. 数据传送的单位； 4. 数据的流向； 5. 主要缺点和主要优点。
对比
程序直接控制方式
中断驱动方式
引入中断机制。由于I/O设备速度很慢，因此在CPU发出读/写命 令后，可将等待I/O的进程阻塞，先切换到别的进程执行。当I/O 完成后，控制器会向CPU发出一个中断信号，CPU检测到中断信 号后，会保存当前进程的运行环境信息，转去执行中断处理程序 处理该中断。处理中断的过程中，CPU从I/O控制器读一个字的数 据传送到CPU寄存器，再写入主存。接着，CPU恢复等待I/O的进 程（或其他进程）的运行环境，然后继续执行。
注意： ①CPU会在每个指令周期的末尾检查中断； ②中断处理过程中需要保存、恢复进程的运行环境， 这个过程是需要一定时间开销的。可见，如果中断发生 的频率太高，也会降低系统性能。
DMA方式
与“中断驱动方式”相比，DMA方式（ Direct Memory Access，直接存储器存取。主要用于块设备的 I/O控制）有这样几个改进： ①数据的传送单位是“块”。不再是一个字、一个字的传送； ②数据的流向是从设备直接放入内存，或者从内存直接到设备。不再需要CPU作为“快递小哥”。 ③仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需要CPU干预
通道控制方式
通道：一种硬件，可以理解为是 “弱鸡版的CPU”。通道可以识别并执行一系列通道指令
I/O软件层次 结构
理解并记住I/O软件各个层次之间的顺序，要能够推理判断某个处理应该是在哪个层次完成的（最常考的 是设备独立性软件、设备驱动程序这两层。只需理解一个特点即可：直接涉及到硬件具体细节、且与中 断无关的操作肯定是在设备驱动程序层完成的；没有涉及硬件的、对各种设备都需要进行的管理工作都 是在设备独立性软件层完成的）
用户层软件
用户层软件实现了与用户交互的接口，用户可直接使用 该层提供的、与I/O操作相关的库函数对设备进行操作Eg：printf(“hello, world!");
设备独立性软件
设备独立性软件，又称设备无关性软件。与设备的硬件特性 无关的功能几乎都在这一层实现。
主要实现的功能：
①向上层提供统一的调用接口（如 read/write 系统调用）
②设备的保护（原理类似与文件保护。设备被看做是一种特殊的文件，不同用 户对各个文件的访问权限是不一样的，同理，对设备的访问权 限也不一样。）
③差错处理
④设备的分配与回收
⑤数据缓冲区管理
⑥建立逻辑设备名到物理设备名的映射关系；根据设备类型选择调用相应的驱动程序
用户或用户层软件发出I/O操作相关系统调用的系统调用时， 需要指明此次要操作的I/O设备的逻辑设备名（eg：去学校打 印店打印时，需要选择 打印机1/打印机2/打印机3 ，其实这些 都是逻辑设备名） 设备独立性软件需要通过“逻辑设备表（LUT，Logical Unit Table）”来确定逻辑设备对应的物理设备，并找到该设备对 应的设备驱动程序
操作系统系统可以采用两种方式管理逻辑设备表（LUT）： 第一种方式，整个系统只设置一张LUT，这就意味着所有用户不能使用相同的逻辑设备名，因此这 种方式只适用于单用户操作系统。 第二种方式，为每个用户设置一张LUT，各个用户使用的逻辑设备名可以重复，适用于多用户操作 系统。系统会在用户登录时为其建立一个用户管理进程，而LUT就存放在用户管理进程的PCB中。
设备驱动程序
不同的设备需要不同的设备驱动程序，主要负责对硬件设备的具体控制，将上层发出的一系列命令（如 read/write）转化成特定设备“能听得懂”的一系列操作。包括设置 设备寄存器；检查设备状态等
中断处理程序
当I/O任务完成时，I/O控制器会发送一个中断信号，系统会根 据中断信号类型找到相应的中断处理程序并执行。中断处理程 序的处理流程如下：
I/O核心子系统
什么是SHELL
Shell是系统的用户界面，提供了用户与内核进行交互操作的一种接口。它接收用户输入的命令并把它送入内核去执行。
①Shell是一个命令解释器，它解释由用户输入的命令并且把它们送到内核。
②Shell是一个解释型的程序设计语言。
