输入输出系统

I/O设备：输入输出和存储功能的设备

I/O设备的分类

按传输的速度：

低速设备（如键盘、鼠标、语音输入输出设备）  中速设备（如行式打印机、激光打印机等）

高速设备（如磁带机、磁盘机、光盘机等）。

设备按信息交换的单位分类

块设备：用于存储信息。对于信息的存取总是以数据块为单位。典型例子是磁盘。该类设备基本特征是传输速率较高，另一特征是可寻址。

字符设备：用于数据的输入和输出。基本单位是字符。如交互式终端、打印机等。其基本特征是传输速率较低，另一特征是不可寻址。

设备按其共享属性分类

独占设备：指在一段时间内只允许一个用户、进程访问的设备，即临界资源。应互斥的访问之。

共享设备：指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。对每一时刻而言仍然是一个进程访问。如磁盘。

虚拟设备：指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户（进程）同时使用。

设备按其使用特性分类：

存储设备、输入＼输出设备

I/O通道

其主要目的是为了建立独立的I/O操作，去解放CPU。在设置通道后，CPU只需向通道发送一条I/O指令。通道完成任务后向CPU发中断信号。

控制功能：CPU与设备控制器

数据传输：内存与外设

I/O控制方式

程序I/O方式，使用轮询的可编程I/O方式。CPU浪费

终端驱动I/O方式，使用中断的可编程I/O方式。CPU用较短的时间进行中断处理。

直接存储器访问方式(MDA),以数据块为单位，高效。缺点：不连续的数据块，不能一次处理

I/O通道控制方式，通道时硬件，配合着通道程序

设备分配

前提：大中型计算机

DS：设备控制表、控制器控制表、通道控制表、系统设备表

独占设备分配步骤：分配设备、分配控制器、分配通道

SPOOLing技术（假脱机）

定义

为缓和CPU的高速性与I/O设备低速性间的矛盾而引入了脱机输入、脱机输出技术。该技术是利用专门的外围控制机，将低速设备上的数据传送到高速磁盘上；或者相反。这样就可以在主机的直接控制下实现脱机输入输出。此时外围操作与CPU对数据的处理同时进行，我们把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLing（Simultaneaus Periphernal Operating On—Line），或称为假脱机操作。

组成

输入井和输出井。是磁盘上开辟的两个大存储空间。输入井模拟脱机输入的磁盘设备，输出井模拟脱机输出时的磁盘。

输入缓冲区和输出缓冲区。在内存中开辟两个缓冲区，输入缓冲区暂存由输入设备送来的数据，后送输入井；输出缓冲区暂存从输出井送来的数据，后送输出设备。

输入进程和输出进程。利用两个进程模拟脱机I/O时的外围处理机。

井管理程序。用于控制作业与磁盘井之间信息的交换。

特点

提高了I/O的速度。利用输入输出井模拟成脱机输入输出，缓和了CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾。

将独占设备改造为共享设备。并没有为进程分配设备，而是为进程分配一存储区和建立一张I/O请求表。

实现了虚拟设备功能。多个进程同时使用一台独占设备，虚拟成了多台设备。

打印机是独占设备，通过虚拟技术实现“共享”的模拟

缓冲区管理

引入

缓和CPU与I/O设备间速度不匹配矛盾。

减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制

提高CPU和I/O设备之间的并行性。

方法

单缓冲（效率低）

双缓冲区（效率比较高，当输入输出速度不匹配时效率受影响）

循环缓冲区（解决输入和输出速度相差甚远的影响）

缓冲池（解决多进程缓冲过程中内存利用率的问题）

磁盘管理

9个进程先后提出读盘请求访问的磁道号为：55；58；39；18；90；160 150 38 184目前磁头停留在100道。

先来先服务（FCFS）

优点：公平、简单

缺点：未对寻道进行优化

最短寻道时间优先（SSTF）

优点：寻道优化

缺点：可能导致某些进程发生“饥饿”。

扫描SCAN算法

优点：较好的寻道性能

缺点：“不巧”的进程严重推迟

循环扫描算法CSCAN

优点：进程的延迟变小了

FSCAN算法本算法是N-Step-SCAN算法的简化。

任务调度 虚拟化

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