输入输出系统
计算机操作系统学习笔记（六）-输入输出系统
输入输出系统
1、什么是字符设备，什么是块设备，试举例常见的字符设备和块设备
字符设备是一种按字符流的方式被有序访问的设备，例如键盘和串口。
块设备是一种可以随机访问固定大小数据片（chunks）的设备，例如硬盘、软盘驱动器、CD-ROM驱动器和闪存等等许多其他块设备.
下面是一些常见的字符设备和块设备：
字符设备：
键盘
鼠标
串口
声卡
打印机
块设备：
硬盘
固态硬盘
U盘
CD-ROM
DVD-ROM
2、I/O的基本控制方式由那些，各有什么特点？
I/O的基本控制方式有四种：使用轮询的可编程IO方式、使用中断的可编程IO方式、DMA（直接存储器访问）方式和通道控制方式.
这些方式各有不同的特点：
使用轮询的可编程IO方式：CPU需要不断地测试I/O设备的状态，造成了CPU资源的极大浪费。CPU和I/O设备只能串行化工作，CPU利用率很低。
使用中断的可编程IO方式：I/O控制器会通过中断信号主动报告I/O已完成，CPU不再需要不停的轮询。CPU和I/O设备可并行工作，CPU利用率得到明显提升。
DMA方式：数据传输效率以“块”为单位，仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需要CPU的干预，CPU的介入性进一步降低。CPU和I/O设备的并行性进一步提升。
通道控制方式：CPU、通道、I/O设备可并行工作，资源利用率极高。实现复杂，需要专门的通道硬件支持。
3、什么是设备独立性，虚拟设备、逻辑设备，物理设备的概念是什么？
设备独立性是指应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性，引入了逻辑设备和物理设备这两个概念。在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。
逻辑设备是指应用程序中使用的设备名称
物理设备是指实际的硬件设备
虚拟设备是指由操作系统模拟出来的设备，例如虚拟内存、虚拟磁盘等。
4、SPOOLing系统的概念，其组成是什么？
SPOOLing系统是一种假脱机系统，它可以在联机的情况下实现外围操作。
SPOOLing系统由以下几个部分组成：
输入井和输出井：输入井和输出井的存储区域是在磁盘上开辟出来的。输入输出井中的数据一般以文件的形式组织管理，这些文件称之为井文件。一个文件仅存放某一个进程的输入或输出数据，所有进程的数据输入或输出文件链接成一个输入输出队列。
输入缓存区和输出缓存区：输入缓冲区和输出缓冲区的存储区域是在内存中开辟出来的。主要用于缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾。输入缓冲区用于暂存有输入设备传送的数据，之后再传送到输入井；输出缓冲区同理。
输入进程和输出进程：输入进程也称为预输入进程，用于模拟脱机输入时的外围控制机，将用户要求的数据从输入设备传送到输入缓冲区，再放到输入井。当CPU需要的时候，直接从输入井将数据读入内存。反之，输出的同理。
井管理程序：用于控制作业与磁盘井之间信息的交换。
5、设备从磁盘驱动器中读出一块数据主要由那几步时间花销构成？
设备从磁盘驱动器中读出一块数据主要由以下三个步骤构成:
寻道时间：磁头移动到指定磁道所需的时间。寻道时间包括启动磁臂的时间和磁头移动n条磁道所花费的时间之和。寻道时间是磁盘读写数据所花费的时间中最长的部分。
旋转延迟时间：指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。旋转延迟时间取决于磁盘的转速，通常为4-12毫秒。
传输时间：从磁盘读出或将数据写入磁盘的时间。传输时间取决于数据传输速率和数据块大小。
6、假定当前磁头在100号磁道上，并正在由里向外移动，目前有下面的请求访问磁盘磁道的序列：79、58、110、138、65、148、18、45。请写出：（1）用最短寻道时间优先（SSTF），电梯算法、循环扫描、先来先服务等算法，列出响应的磁道次序，并计算平均寻道长度。
最短寻道时间优先算法（SSTF）的响应磁道次序：
79
65
58
45
18
110
138
148
平均寻道长度为：34.875
循环扫描算法的响应磁道次序：
110
138
148
18
45
58
65
79
平均寻道长度为：33.375
电梯算法的响应磁道次序：
79
58
45
18
65
110
138
148
平均寻道长度为：34.375
先来先服务算法的响应磁道次序：
79
58
110
138
65
148
18
45
平均寻道长度为：34.25