I/O系統(tǒng)的組成：
需要用于輸入篓跛、輸出和存儲(chǔ)信息的設(shè)備；
需要相應(yīng)的設(shè)備控制器坦刀；
控制器與CPU連接的高速總線愧沟；
有的大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，配置I/O通道鲤遥；
關(guān)于設(shè)備管理
管理對(duì)象：
I/O設(shè)備和相應(yīng)的設(shè)備控制器（I/O系統(tǒng)組成）
基本任務(wù)：
完成用戶提出的I/O請(qǐng)求沐寺，
提高I/O速率、改善I/O設(shè)備的利用率盖奈。
為更高層進(jìn)程方便使用設(shè)備提供手段
1.I/O系統(tǒng)的功能混坞、模型和接口
1)主要功能：
隱藏物理設(shè)備細(xì)節(jié)，方便用戶
用戶使用抽象的I/O命令即可
實(shí)現(xiàn)設(shè)備無(wú)關(guān)性钢坦，方便用戶
用戶可用抽象的邏輯設(shè)備名來(lái)使用設(shè)備究孕，同時(shí)也提高了OS的可移植性和易適應(yīng)性。
提高處理機(jī)和設(shè)備的并行性爹凹，提高利用率：緩沖區(qū)管理
對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行控制：控制方式厨诸、設(shè)備分配、設(shè)備處理
確保對(duì)設(shè)備正確共享：虛擬設(shè)備及設(shè)備獨(dú)立性等
錯(cuò)誤處理
中斷處理程序 處于I/O系統(tǒng)的底層禾酱，直接與硬件進(jìn)行交互 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 處于次底層微酬，是進(jìn)程和控制器之間的通信程序 功能：將上層發(fā)來(lái)的抽象I/O請(qǐng)求，轉(zhuǎn)換為對(duì)I/O設(shè)備的具體命令和參數(shù)宇植，并把它裝入到設(shè)備控制其中的命令和參數(shù)寄存器中 設(shè)備獨(dú)立性軟件 包括設(shè)備命名得封、設(shè)備分配、數(shù)據(jù)緩沖等軟件?
I/O系統(tǒng)接口:塊設(shè)備接口指郁、流設(shè)備接口忙上、網(wǎng)絡(luò)通信接口
2.I/O設(shè)備和設(shè)備控制器
I/O設(shè)備的類型繁多，從OS的觀點(diǎn)闲坎，按其重要的性能指標(biāo)進(jìn)行分類如下：
按傳輸速率分類：
低速疫粥、中速茬斧、高速（鍵盤、打印機(jī)梗逮、磁盤）
使用：存儲(chǔ)設(shè)備项秉、輸入輸出設(shè)備
按信息交換的單位分類：
塊設(shè)備：有結(jié)構(gòu)、速率高慷彤、可尋址娄蔼、DMA方式控制
字符設(shè)備：無(wú)結(jié)構(gòu)、速率低底哗、不可尋址岁诉、中斷方式控制
I/O通道
主要目的：
建立更獨(dú)立的I/O操作，解放CPU跋选。
數(shù)據(jù)傳送的獨(dú)立
I/0操作的組織涕癣、管理及結(jié)束處理也盡量獨(dú)立。
實(shí)際上I/O通道是一種特殊的處理機(jī)：
指令類型單一前标，只用于I/O操作坠韩；
通道沒(méi)有內(nèi)存，它與CPU共享內(nèi)存
3.中斷機(jī)構(gòu)和中斷處理程序
4.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
?I/O控制方式：
程序I/O方式
中斷驅(qū)動(dòng)I/O方式
直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)DMA（字節(jié)—塊）
I/O通道控制方式（組織傳送的獨(dú)立）
宗旨：減少主機(jī)對(duì)I/O控制的干預(yù)炼列，將CPU從繁雜的I/O控制事物中解脫出來(lái)只搁。
5.用戶層的I/O軟件
SPOOLing系統(tǒng)的組成
主要有三大部分（如下頁(yè)圖）
輸入井和輸出井：磁盤上開(kāi)辟兩大存儲(chǔ)空間。輸入井模擬脫機(jī)輸入的磁盤設(shè)備唯鸭，輸出井模擬脫機(jī)輸出時(shí)的磁盤须蜗。
輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)：為緩解速度矛盾硅确，內(nèi)存中開(kāi)辟兩大緩沖空間目溉，輸入緩沖區(qū)暫存輸入設(shè)備送來(lái)的數(shù)據(jù)，再送給輸入井菱农；輸出緩沖區(qū)暫存輸出井送來(lái)的數(shù)據(jù)缭付，再送輸出設(shè)備。
輸入進(jìn)程和輸出進(jìn)程循未。
用一進(jìn)程模擬脫機(jī)輸入時(shí)外圍設(shè)備控制器的功能陷猫，把低速輸入設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；
用另一進(jìn)程模擬脫機(jī)輸出時(shí)外圍設(shè)備控制器的功能的妖，把數(shù)據(jù)從磁盤上傳送到低速輸出設(shè)備上绣檬。
特點(diǎn)：
提高了I/O的速度。利用輸入輸出井模擬成脫機(jī)輸入輸出嫂粟，緩和了CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾娇未。
將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備。并沒(méi)有為進(jìn)程分配設(shè)備星虹，而是為進(jìn)程分配一存儲(chǔ)區(qū)和建立一張I/O請(qǐng)求表零抬。
最終镊讼，實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。多個(gè)進(jìn)程可“同時(shí)”使用一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備平夜。
6.緩沖區(qū)管理
引入緩沖區(qū)的主要原因：
緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾蝶棋。
緩沖區(qū)數(shù)據(jù)成批傳入內(nèi)存，也可進(jìn)一步減少對(duì)CPU的中斷頻率
最終目的：提高CPU和I/O設(shè)備的并行性忽妒。
使用緩沖區(qū)的方式：1）單緩沖玩裙、多緩沖2）循環(huán)緩沖3）緩沖池（Buffer Pool）
1）單緩沖與多緩沖
OS在主存中為之分配一個(gè)緩沖區(qū)。
CPU和外設(shè)輪流使用段直，一方處理完后等待對(duì)方處理献酗。
雙緩沖（Double Buffer）
兩個(gè)緩沖區(qū)，CPU和外設(shè)不再針對(duì)一塊交替
可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)處理無(wú)需等待對(duì)方坷牛。前提是CPU和外設(shè)對(duì)一塊數(shù)據(jù)的處理速度相近罕偎。而如下圖情況CPU仍需等待慢速設(shè)備。
循環(huán)緩沖(circular buffer)
設(shè)置多塊緩沖區(qū)
用循環(huán)結(jié)構(gòu)組織京闰，只供兩個(gè)相關(guān)進(jìn)程使用
順一個(gè)方向放入或取出
緩沖池（Buffer Pool）
為提高緩沖區(qū)的利用率颜及，目前廣泛流行緩沖池，在池中設(shè)置多個(gè)可供若干個(gè)進(jìn)程共享的緩沖區(qū)
組織形式：隊(duì)列及隊(duì)列指針
組成：
對(duì)于既可輸入又可輸出的公用緩沖池蹂楣，至少應(yīng)含有下列三種類型的緩沖區(qū)：
空緩沖區(qū)俏站；
裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；
裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)痊土；
為方便管理肄扎，將上述類型相同的緩沖區(qū)連成隊(duì)列
空緩沖區(qū)隊(duì)列（所有進(jìn)程都可用）
輸入隊(duì)列（n個(gè)進(jìn)程有各自的隊(duì)列）
輸出隊(duì)列（n個(gè)進(jìn)程有各自的隊(duì)列）
（隊(duì)列長(zhǎng)度不固定，根據(jù)進(jìn)程實(shí)際情況靈活變動(dòng)赁酝，需要多少用多少）
緩沖池：可雙向緩沖犯祠；緩沖區(qū)整體利用率高。
7.磁盤存儲(chǔ)器的性能和調(diào)度
1）磁盤調(diào)度方法
對(duì)所有請(qǐng)求訪問(wèn)磁盤的進(jìn)程進(jìn)行合理調(diào)度酌呆，使對(duì)磁盤的平均訪問(wèn)時(shí)間最小衡载。
目標(biāo)：使平均尋道時(shí)間最少。
算法：
FCFS：多個(gè)進(jìn)程的磁盤I/O請(qǐng)求構(gòu)成一個(gè)隨機(jī)分布的請(qǐng)求隊(duì)列隙袁。
磁盤I/O執(zhí)行順序按磁盤請(qǐng)求的先后順序痰娱。
最短尋道時(shí)間優(yōu)先SSTF：選擇從當(dāng)前磁頭位置出發(fā)移動(dòng)最少的磁盤I/O請(qǐng)求
使每次磁頭移動(dòng)時(shí)間最少。
不一定是最短平均柱面定位時(shí)間菩收，但比FIFO算法有更好的性能梨睁。
對(duì)中間的磁道有利，但可能會(huì)有進(jìn)程處于饑餓狀態(tài)（I/O請(qǐng)求總不被執(zhí)行）娜饵。
掃描算法SCAN（磁盤電梯調(diào)度算法）：
規(guī)定磁頭移動(dòng)方向：自里向外坡贺，再自外向里移動(dòng)。
后續(xù)的I/O磁道請(qǐng)求，哪個(gè)在規(guī)定方向上距離最近，就先執(zhí)行哪個(gè)。
循環(huán)掃描算法CSCAN：
將SCAN規(guī)定的移動(dòng)方向改為“單向移動(dòng)”
由里向外后狈邑，再由里向外。
N-Step-SCAN算法：“磁臂粘著”——磁頭靜止在一個(gè)磁道上风瘦，導(dǎo)致其它進(jìn)程無(wú)法及時(shí)進(jìn)行磁盤I/O。（因：高密度盤公般，進(jìn)程的讀寫可能集中在某一磁道）
FSCAN算法：
請(qǐng)求隊(duì)列只分為兩個(gè)子隊(duì)列
當(dāng)前一個(gè)隊(duì)列万搔，按SCAN算法執(zhí)行；
掃描期間新生成的組成一個(gè)隊(duì)列官帘，等待被掃描瞬雹。
