I/O子系统
I/O子系统是操作系统中负责与外设打交道的部分。
一. IO特点
- 对I/O设备的接口分类
对不同的设备的访问有不同特征：
块设备的读写是以一个数据块为基本单位 - 3种IO操作的方式——CPU与设备的交互（操作系统要参与CPU与IO设备的交互）
（1）阻塞IO：从发出请求到数据回来，进程处于等待状态。
用户进程与设备进行IO交互时，用户发送IO请求，请求送到操作系统内核中设备驱动，设备驱动把请求转换成实际的硬件控制命令，控制硬件进行相应操作。硬件操作完成之后，产生中断，由内核中中断处理例程进行响应，最后送到设备驱动然后回到用户态，用户得到相应结果。
（2） 非阻塞IO：进程把命令发出去，不等待
读写操作把命令发出去之后立即返回。
（3）异步IO
读数据时用户把相应缓冲区设置好，告诉内核之后就返回了。操作系统内核在完成相应处理并把读到的数据放到缓冲区之后，通知用户。
写数据标记好我的数据在哪里后通知内核就返回了，操作系统完成写到相应设备之后通知用户。
二. IO结构
1.CPU和IO设备的连接：
通过IO端口号识别我想访问的是哪个设备
2.操作系统中IO子系统的结构
用户进程进行IO请求的过程：（用户进程的请求就相当于CPU的IO请求）
用户发出IO请求，操作系统里的IO子系统首先判断是否有现成结果，没有就给驱动发IO请求。设备驱动把IO请求转换成设备的控制命令，直接给硬件设备控制硬件操作，同时设备驱动处于等待状态。硬件设备处理完之后产生中断，中断处理例程对它做出响应…
三. IO数据传输——3种方式：轮询，中断，DMA方式。
1.CPU与设备控制器的数据传输
通过DMA和中断方式完成读取磁盘数据的过程：
CPU在执行用户代码时，产生磁盘读取请求。在内核里请求转到设备驱动；
设备请求转换为对磁盘控制器的操作；
磁盘控制器读取数据，初始化DMA传送；
把数据通过PCI总线传给DMA控制器；
DMA控制器把数据传到指定的内存区域；
DMA控制器完成传送后产生中断请求，CPU响应中断请求，判断操作是否结束，回到应用程序中。
2.IO设备通知操作系统的机制
（1）轮询
（2）设备中断——CPU布置好IO操作之后可以忙活别的，IO设备进行相应IO请求处理，处理完产生中断，触发CPU，让CPU响应。
四. 磁盘调度——多个IO请求，对哪个先访问
磁盘IO传输时间取决于寻道时间，可能同时会有很多进程对同一磁盘的IO请求，要优化磁盘访问请求顺序来减少寻道时间。
1.FIFO算法：对于多个进程对对同一磁盘的IO请求，先来的请求先访问磁盘。
2.SSTF算法：对于多个进程对同一磁盘的IO请求，访问请求的位置离当前磁臂位置越近越先访问。
3.SCAN算法：对于多个进程对同一磁盘的IO请求，磁臂先朝同一方向移动（IO请求的位置在这个方向的先访问到），再转向
五. 磁盘缓存——把磁盘里的数据哪些放到内存里做缓存
磁盘缓存是放在内存里的磁盘数据的缓存。
单缓存和双缓存指的是内存里的缓存区是一个还是两个。
单缓存：IO设备往缓存区里写数据时，CPU就不能从缓存区里读数据（类似生产者消费者问题）。同一时刻CPU和IO设备只能有一个能对缓存区进行操作。
双缓存：CPU和IO设备可以同时通过两个缓存读写数据。如果一头写完一头读空可以切换缓存区。