第十一章 I/O管理和磁盘调度

第十一章I/O管理和磁盘调度

了解

I/O Buffer

单缓冲

双缓冲

。

循环缓冲

当爆发性的执行大量的I/O操作时，则仅有双缓冲就不够了，这种情况下使用多于两个缓冲的方案来缓解，这种缓冲区域自身被当成循环区域使用。

I/O 设备划分

面向块的I/O设备

将信息保存在块中，块的大小通常是固定的，传输过程中一次传送一块。

面向流的I/O设备

以字节流的方式输入输出数据。

Cache的作用

利用了局部性原理保存最近访问的数据块，用于提高更好的磁盘性能。

理解

三种I/O模式

程序控制的I/O

中断控制的I/O

DMA

DMA操作

当处理器想读/写一块数据时，它通过向DMA模块发送以下信息来给DMA模块发出一条读/写命令：1.有一个读/写操作请求，通过在处理器和DMA模块之间使用读写控制线发送。2.相关的I/O设备地址，通过数据线传送3.从存储器中度或者往存储器中写的起始单元，在数据线上传送，并由DMA模块保存在其地址寄存器中。4.读/写的字数，再次通过数据线传送，并由DMA模块保存在其数据计数器寄存器中。然后处理器可以继续其它工作，此时已经把这个I/O操作委托给DMA模块，传送结束后，DMA再给处理器发送一个中断请求。

驱动程序的概念

驱动程序是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序，相当于硬件的接口，操作系统只能通过这个接口，才能控制硬件设备的工作

描述I/O的功能层次

逻辑I/O

逻辑I/O层将I/O设备视为逻辑资源，不关心底层的细节。逻辑I/O代表用户进程管理的一般I/O功能，允许它们根据设备标识符以及诸如打开、关闭、读取等操作与设备打交道。

设备I/O

请求的操作和数据（缓冲的数据、记录等）被转换成适当的I/O指令序列、通道命令和控制器指令。

调度和控制

关于I/O操作的排队、调度和控制发生在这一层，可以在这一次处理中断，收集和报告I/O状态。这一层是与I/O设备真正打交道的软件层。

一次磁盘读/写涉及的时间因素

寻道时间

机械臂移动到数据所在轨道的时间

旋转延迟

磁盘旋转到要读取的数据位置的时间，一般取平均时间即1/2r，其中r表示转速

存取时间

达到读或写的位置所需要的总时间，等于寻道时间和旋转延迟的总和

传送时间

磁头从磁盘中读/写数据所花费的时间 ， T=b/rN，b表示要传送的字节数，N表示一个磁道中的字节数，r表示旋转速度，单位为转/秒

磁盘调度算法

先进先出（FIFO）

先来的请求先服务，由于数据的请求式随机的，会导致较高的寻址时间，效率差。

最短时间优先（SSTF）

总是选择磁头臂移动最少的请求响应，对于移动距离相等的请求可以随机移动向一边。同样如果一个进程大量的请求临近的数据会导致其它请求饥饿。

SCAN

SCAN要求磁头臂向一个方向移动，移动过程中响应在当前磁道的请求。当磁头臂到达最外（内）层磁道时，再反向扫描。这种算法并没有很好的利用局部性原理，由于两侧的数据被快速的扫描了两次因此它偏向于外围数据（局部性原理）。

C-SCAN

限定在一个方向扫描，当达到最后一个磁道时，磁头臂返回到相反方向的磁道末端重新开始扫描。