操作系统-笔记-第五章-输入输出管理

小咪咪 2024-05-06 23:29 9阅读 0赞

> ## 🌸章节汇总 ##
> 
> **[一、第一章——操作系统的概念][Link 1]**
> 
> **[二、第二章——【进程】][Link 2]**
> 
> **[二、第二章——【线程】编辑][Link 3]**
> 
> **[二、第二章——【进程调度】][Link 4]**
> 
> **[二、第二章——【进程同步与互斥】][Link 5]**
> 
> **[二、第二章——【锁】][Link 6]**
> 
> **[三、第三章——内存管理][Link 7]**
> 
> **[四、第四章——文件管理][Link 8]**
> 
> **[五、第五章——输入输出管理][Link 9]**
> 
> **[🚀 学习心得][Link 10]**

**目录**

**五、第五章——输入输出管理**

**1、IO设备的概念和分类**

**（1）IO设备分类——使用特性**

**（2）IO设备分类——传输速率**

**（3）IO设备分类——信息交换（块、字符）**

**2、IO控制器**

**（1）寄存器编址——（内存映射、寄存器独立编址）**

**（2）总结**

**3、IO控制方式**

**（1）程序直接控制方式（轮询）**

**（2）中断驱动方式**

**（3）DMA方式**

**（4）通道（弱鸡版CPU-硬件）**

**（5）总结**

**4、IO软件层次结构**

**（1）用户层软件**

**（2）设备独立性软件**

**（2）为什么一般连接硬件-需要下载（安装）驱动程序？**

**（3）中断处理程序**

**（5）总结**

**5、输入输出应用程序接口**

**（1）两个主机-通过操作系统-相互通信**

**（2）阻塞IO & 非阻塞IO**

**（3）驱动程序**

**6、IO核心子系统（独立性、驱动、中断）**

**（1）IO调度**

**（2）设备保护**

**7、假脱机技术**

**（1）脱机技术——诞生**

**（2）假脱机技术**

**（3）假脱机技术——应用（共享打印机的实现）**

**（4）总结**

**8、设备的分配和回收**

**（1）设备分配**

**（2）分配管理——数据结构**

**（3）设备分配步骤**

**（4）总结**

**8、缓冲区管理**

**（1）缓冲区的作用**

**（2）单缓冲**

**（3）双缓冲**

**（4）双缓冲——用于通信**

**（5）循环缓冲区——更多的缓冲区**

**（6）缓冲池**

**（7）总结**

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## 五、第五章——输入输出管理 ##

### 1、IO设备的概念和分类 ###

> ![22236d95d4a248a3ad6615cde95dde53.png][]

#### （1）IO设备分类——使用特性 ####

> ![c70aec2f1955474ba1bcb0d100aae290.png][]

#### （2）IO设备分类——传输速率 ####

> ![a33ab3a752304f8fb506816c80bc0830.png][]

#### （3）IO设备分类——信息交换（块、字符） ####

> ![70da40a31ec94c70ba5dc3f95852dcb5.png][]

### 2、IO控制器 ###

> ![2b17b647e5334b06869b8b6c27ae689c.png][]
> 
> ![141323fbf10a4ab4a32ed97355b601b6.png][]

#### （1）寄存器编址——（内存映射、寄存器独立编址） ####

> **编址方式有很多（这里只是介绍了两种！！！）**
> 
> **下面有这两者的优缺点！！！**
> 
> ![b6bbcd0c0b3944efad898089f14cc85f.png][]

#### （2）总结 ####

> ![1f6322b5fc8d40e19d506d103f673d8b.png][]

### 3、IO控制方式 ###

> ![28a9728b6ab04cccaf282f3d01d7415b.png][]

#### （1）程序直接控制方式（轮询） ####

> **轮询——占用CPU（CPU利用率低）**
> 
> ![3b30755457044169ab62266cce94eb5b.png][]

#### （2）中断驱动方式 ####

> **解决了CPU占用问题****，但是太多（太频繁）的中断，也会消费CPU大量时间来处理！**
> 
> ![cd124a45a0544efba7bfa2494fa11966.png][]

#### （3）DMA方式 ####

> **针对【中断方式】，那么就单独加一层，让一个单独的设备来处理中断**
> 
> **目的：给CPU减少负担~（给他加了一个DMA小弟）**

**单独的设备——【DMA控制器】**

> **DMA****也是一个字一个字读取的，只不过他封装好了一个数据包，CPU来读取就完事了！**
> 
> **如果CPU要读取连续的数据（那么DMA也是一个一个的读取出来~）**

> ![91d6c2d5ece84aba8a651e46f6573bc5.png][]
> 
> ![35e2663e70264442bdc1a79a48768490.png][]

#### （4）通道（弱鸡版CPU-硬件） ####

> **加强版DMA【工作方式-类似CPU】**
> 
> ![4f5b5128941447c4a705bc6aaf890b3c.png][]

#### （5）总结 ####

> **这是一个不断发展迭代的过程**
> 
> **轮询—中断—DMA—通道**

> ![4aefead4d58b4dd38ee2b0586fffd8ba.png][]

### 4、IO软件层次结构 ###

#### （1）用户层软件 ####

> **提供用户方便操作的接口（比如：Windows API）**
> 
> ![795b9e788d134c9a9e4e3838df169d91.png][]

#### （2）设备独立性软件 ####

> **类似——文件目录（实现多用户）**
> 
> ![f34137449af041db858f0e8469546a1c.png][]

#### （2）为什么一般连接硬件-需要下载（安装）驱动程序？ ####

> **打印机、鼠标、键盘等等（都可能有自身的特性，需要安装自身提供的程序，供CPU使用）**

> ![0c1bc477762643f8818ca64a59fae97d.png][]

#### （3）中断处理程序 ####

> ![d7cc27d795b24293ae1a5c5402cfdc83.png][]

#### （5）总结 ####

> **用户-独立性-驱动-中断-硬件**

> ![855ae18ec1b64aa7ae1f69cb2646505e.png][]

### 5、输入输出应用程序接口 ###

> ![9a3e6988a62f49dca80543b73c645699.png][]
> 
> ![eae28eb47995476294be59a851fbe62e.png][]

#### （1）两个主机-通过操作系统-相互通信 ####

> ![dedf3e497d00469d9340a1ff183ed324.png][]
> 
> ![d48a207e08c74ceabc1dd8da796910ea.png][]

#### （2）阻塞IO & 非阻塞IO ####

> ![19b7c750a0f54e6facc205e7cba7cf3c.png][]

#### （3）驱动程序 ####

> **为了方便各自厂商开发自己的硬件，并且能够支持操作系统使用**
> 
> **【操作系统】就会【制定统一的标准】，厂商就会根据这个标准再进行封装一层（驱动程序）**
> 
> **让【操作系统】正常使用【硬件设备】**

> ![2842413a7e004112ae144335e383b8cc.png][]
> 
> ![4e441ef4effe4d349692b9d4f32f47ba.png][]

### 6、IO核心子系统（独立性、驱动、中断） ###

> ![efb53bb00abd4e469b0750ced14ce95c.png][]

#### （1）IO调度 ####

> ![36e170e3a37c4d9f94487a96df72c61e.png][]

#### （2）设备保护 ####

> ![c930bf8f21d74a13ba48a3b62f9da7b1.png][]

### 7、假脱机技术 ###

> ![e2f7cfddbbef4396825cde982f4fe7da.png][]

#### （1）脱机技术——诞生 ####

> **脱机技术——脱离主机的控制（进行输入，输出的操作）**
> 
> **因为输入和输出的速度不匹配（有矛盾）**

> **先用磁带——预先输入，这样机器就可以畅通无阻的读取啦~**

> ![1574c2644cda4f949121a3999189fbb3.png][]
> 
> ![0f71a730592c457cbfcb4df3b7598a54.png][]

#### （2）假脱机技术 ####

> ![a33005e1ca894927a4d410056dec68b7.png][]

#### （3）假脱机技术——应用（共享打印机的实现） ####

> **比较low的打印机：只能让一个人用，当打印机在工作时，无法响应其他的请求**

> **高级的（共享版本）：加入一个缓冲队列，可以响应多个请求**
> 
> **（不过只是表面上答应，你的需求只是加入打印机的任务队列，还是要排队滴~）**

> ![5acb5a1033304063879d606b2a3bd2fd.png][]

#### （4）总结 ####

> ![4c27c678ff77452c9dd946c5cc19e97c.png][]

### 8、设备的分配和回收 ###

#### （1）设备分配 ####

> ![9556575469d94d53b5cb517ce8997f76.png][]

#### （2）分配管理——数据结构 ####

> **（设备控制表、控制器控制表、通道控制表、系统设备表）**
> 
> ![f879ec30514e4a569ed6aebb366a7a92.png][]
> 
> ![7b4ab93a5eb143d0bfe51326a18f5813.png][]
> 
> ![f6d5bb11ecf9418bb2812e599290c6ab.png][]

#### （3）设备分配步骤 ####

> ![ed1516cf97b24d9f8e1aea03e4a4eb1e.png][]

> **逻辑设备名——操作系统来找到【具体设备】**
> 
> **逻辑设备名——方便用户编程！！！**

> ![4fd901c9f177466db4cd6ba28a859a6d.png][]

> **表的单张和多张（文件系统那章，也有说过）**
> 
> **单张——用于单用户**
> 
> **多种——用于多用户**

#### （4）总结 ####

> ![0d8ad47c7894473bb13c6bb6aa3e4059.png][]

### 8、缓冲区管理 ###

> **硬件实现的缓冲区——成本高，容量小（速度快！！！）【例：快表】**
> 
> **软件实现的缓冲区——成本低，速度较慢**

> **IO设备和CPU的速度不匹配（需要缓冲区）**

> ![44b50b5a32d04c8d919e22a53febd909.png][]

#### （1）缓冲区的作用 ####

> ![a5f8a0b7bb5446e6a97e69f9d03f133c.png][]

#### （2）单缓冲 ####

> **缓冲区不为空时——不可加入数据**
> 
> **缓冲区满了——才可以拿取数据**

> **两者速度不匹配的情况（如下图）**

> ![8466d8da7f214d0684b817e9c355e094.png][]
> 
> ![93889351ec6d427f84a786f7e49926b7.png][]

#### （3）双缓冲 ####

> ![af9fcece355b48b790b5f89c403ce74e.png][]

#### （4）双缓冲——用于通信 ####

> ![6364a73a0069449e83f0381a6d315829.png][]

#### （5）循环缓冲区——更多的缓冲区 ####

> ![dfa8d0ae4d4c427aaf91f2af43708bb0.png][]

#### （6）缓冲池 ####

> ![8d4e74dd014b4f83a216bd504225762e.png][]

#### （7）总结 ####

> ![87f8c0b51168430a9947e9780fde9cbf.png][]

> **到这里，操作系统就全部学完啦~**
> 
> **这只是一点的结束，也是另外一个新的开始，为了自己的梦想，冲啊！！！**
> 
> **终身学习，丰富自己，满足自身的求知欲，加油！！！相信你一定可以！**
> 
> **时间：2023年8月23日12:48:55**

[Link 1]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132276090?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 2]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132296308?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 3]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132318160?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 4]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132368433?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 5]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132378673?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 6]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132390442?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 7]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132405948?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 8]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132425211?spm=1001.2014.3001.5502#t0
[Link 9]: https://blog.csdn.net/Pan_peter/article/details/132449602?spm=1001.2014.3001.5502#t0
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