操作系统10：IO系统

IO系统

驱动程序对控制器操作，控制器管理具体设备

这种使用的是通道，由通道对控制器进行管理

驱动程序的层次：

操作系统提供驱动程序的规范，具体驱动大多数由硬件开发商开发

设备类型

块设备就是以块为单位进行读写的设备，而相应的，字符设备就是以字符为基本单位的设备

所以说，块设备的处理和字符设备的处理是不一样的。Linux将设备分为三类，块设备、字符设备和网络设备

阻塞式IO访问时进程挂起，变为waiting状态

实际上这里讲的不够全面，这个答主说的比较好：

来源：https://www.zhihu.com/question/19732473

作者：严肃
链接：https://www.zhihu.com/question/19732473/answer/20851256
来源：知乎
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“阻塞”与”非阻塞”与”同步”与“异步”不能简单的从字面理解，提供一个从分布式系统角度的回答。
1.同步与异步
同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。
换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果。

而异步则是相反，调用*在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者*通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

典型的异步编程模型比如Node.js

举个通俗的例子：
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下”，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。
而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

\2. 阻塞与非阻塞
阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

还是上面的例子，
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果，如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了，当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。
在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

操作系统内核的IO子系统

这里说的buffer在内存中

来源：https://blog.csdn.net/qq_43279637/article/details/85098847

磁盘I/O到

缓冲区中，然后缓冲区数据满了或者足够了之后通过总线放在cpu的高速缓冲区中，然后交给cpu处理，cpu处理完了

之后，回写到高速缓冲中。然后通过总线把数据放在缓冲区中。然后再回写到硬盘中。整个过程有两个甚至更多的缓

冲，为了就是解决性能上的差距。我们这里主要介绍下在磁盘I/O的缓冲技术中的缓冲池。

我们先来简单介绍除了缓冲池之外的其他缓冲技术。

1、单缓冲区：单个缓冲区是指要写到磁盘中的数据先放在缓冲区中，然后再把缓冲区的数据写到磁盘中。或者把磁盘

中的数据写在缓冲区中，然后由处理机取走。这种缓冲区由于要保证数据的正确性，而且缓冲区属于临界资源，需要进

行同步处理。只能有一个进程对数据进行写入或者读取。

2、双缓冲区：双缓冲区是指有两个缓冲区，当数据要写入磁盘的时候，首先写入第一缓冲区(a)，第一缓冲区写满之后再

向第二个缓冲区(b)写入。当写入磁盘的时候，先把第一缓冲区(a)的数据写入到磁盘中。然后把第二个缓冲区(b)当作第一

个缓冲区(a)。再进行写入的时候写第二个缓冲区(a)。读操作类似。这样设计之后就能防止因缓冲区区域小导致数据写入

或者读取的不完整情况。提高并行性和设备的利用度。

3、循环缓冲区：

循环缓冲区是对单缓冲区的改良，这种缓冲区适合于读写速率差不多的情况，可以通过循环缓冲区来进行控制，这种机制

也可以提高设备的利用率。但是读写速率差距较大的时候，又不适合这种方式，这时候又可以引入多个缓冲区来适应速率差别大的问题。

*缓冲池技术：*

缓冲池，说到底也是缓冲区，只不过这种缓冲区较其他缓冲区来说能更好的实现cpu并行和设备的利用率。

1、 emq空缓冲队列：用于取出空缓冲区来进行读写等操作。

2、 inq输入队列：用来记录输入设备输入的数据，以便用户程序读取。

3、outq输出队列：用来记录用户程序输出到设备(显示屏或是文件等)的数据，以便用户程序读取。

先来分析下这个图的含义：

我们的缓冲区主要是有inq，outq，enq三个缓冲队列。其他四种hin，sout，sin，hout工作缓冲区是在这三种缓冲队列上申请和取出缓冲区，用于数据的读取和存储。操作完成之后再把缓冲区放回到原来的队列。所以这四种缓冲区是抽象出来的缓冲区，实际上还是在这三种缓冲队列上进行操作。

1、收容输入：把设备输入的数据放在缓冲区中。

①首先从空缓队列取出一个缓冲区当作hin工作缓冲区，hin=Get_buf(emq)。把数据装入到hin中

②把得到的hin缓冲区放在inq缓冲队列。inq=Put_buf(inq,hin)。供给用户程序利用

2、提取输入：把缓冲区的数据交给用户程序处理。

①把inq缓冲队列中的数据提取到sin工作缓冲区中，sin=Get_buf(inq)。供给用户提取数据。

②提取完数据之后，把sin的工作缓冲区放回到emq空缓冲队列中。emq=Put_buf(emq,sin)。

3：收容输出：把用户程序处理完的数据放在缓冲区中。

①先用工作缓冲区hout向空缓冲队列emq申请缓冲区，得到用户处理的数据，hout=Get_buf(emq)。

②hout的数据读取完毕之后，放在outq缓冲区中。Put_buf(outq,hout)供给外设读取。

4：提取输出：

①先把要输出到设备的缓冲区中的数据放在sout工作缓冲区中。sout=Get_buf(outq)。

②提取完sout的数据之后，把sout缓冲区放到空缓冲队列而emq中。emq=Put_buf(emq,sout)

有了缓冲池支撑缓冲，能够大大提高设备和cpu的利用率。这时候可以允许多个线程来处理数据。A线程送完了数据之后，直接执行其他部分。B线程过来的时候带走应用程序处理的A线程的数据。放在对应的位置。多个设备也可同时对缓冲区的不同位置进行读写，互不干扰。效率大大提高。