在程控I/O传输中,如果CPU不支持中断功能,它可以通过轮询的方式来判断何时进行I/O操作。轮询是一种主动查询的方式,CPU会周期性地检查I/O设备的状态,以确定是否需要进行I/O操作。具体步骤如下:
虽然轮询方式可以实现I/O操作,但它会占用大量的CPU时间和资源。为了提高效率,现代计算机通常采用中断方式来处理I/O操作。中断方式下,设备控制器可以向CPU发送中断请求,通知CPU进行I/O操作,从而减少了CPU的轮询负担。
当操作系统创建一个新进程时,它将该进程以未运行态加入到系统中,操作系统知道进程的存在,并等待执行机会。 当前运行的进程不时中断,操作系统的分派器将选择一个新进程运行。...这些信息被存放在一个叫进程控制块的数据结构中,它由操作系统创建和管理。...运行态:该进程正在执行 就绪态:进程做好了准备,等待处理器调度 阻塞/等待态:进程在某些事件发生前不能执行,比如 I/O 操作完成 新建态:刚刚创建的进程,操作系统还没有把它加入到可执行进程组中。...就绪-退出: 在某些系统中,父进程可以在任何时候终止一个子进程。如果一个父进程终止,与该父进程相关的所有子进程都将被终止。...I/O 中断:进程等待 I/O 活动。 内存失效:处理器访问一个虚拟内存地址,且次地址单元不在内存中,操作系统必须从外存中把包含这个引用的内存块调入内存中。
但你甚至不知道什么是swap!或者是因为I/O阻塞? 下面将介绍操作系统中的10个关键的概念,如果你想成为一个更好的软件研发者,你必须要学会这些概念。 首先,我们定义操作系统是什么。...该设备直接连接到某些主内存位置,因此 I/O 设备可以在不通过 CPU 的情况下将数据块传输到内存或从内存传输数据块。...在使用内存映射 IO 时,操作系统会在内存中分配缓冲区并通知 I/O 设备使用该缓冲区向 CPU 发送数据。I/O 设备与 CPU 异步操作,完成后中断 CPU。...直接内存访问(DMA) 像键盘这样的慢速设备在传输每个字节后都会对主 CPU 产生一个中断。如果诸如磁盘之类的快速设备为每个字节生成一个中断,则操作系统将花费大部分时间来处理这些中断。...控制器使用源和目标指针(读取/写入数据的位置)、用于跟踪传输字节数的计数器和设置(包括 I/O 和内存类型、中断和 CPU 周期的状态)进行编程。
操作系统必须向设备发送命令,捕捉中断并处理错误。它还应该在设备和操作系统的其余部分之间提供一个简单易用的接口。操作系统如何管理 I/O 是我们接下来的重点。 不同的人对 I/O 硬件的理解也不同。...中断是怎样发生的 当一个 I/O 设备完成它的工作后,它就会产生一个中断(默认操作系统已经开启中断),它通过在总线上声明已分配的信号来实现此目的。...大部分物理IO(physical I/O) 是异步的。物理 I/O 中的 CPU 是很聪明的,CPU 传输完成后会转而做其他事情,它和中断心灵相通,等到中断发生后,CPU 才会回到传输这件事情上来。...尽管中断减轻了 CPU 和 I/O 设备的等待时间的负担,但是由于还需要在 CPU 和 I/O 模块之前进行大量的逐字传输,因此在大量数据传输中效率仍然很低。...下面是中断的基本操作 CPU 进行读取操作 I/O 设备从外围设备获取数据,同时 CPU 执行其他操作 I/O 设备中断通知 CPU CPU 请求数据 I/O 模块传输数据 所以我们现在着手需要解决的就是
计算机 I/O 系统结构 因为这些控制器都很清楚的知道对应设备的用法和功能,所以 CPU 是通过设备控制器来和设备打交道的。...CPU 从控制器的缓冲区读取数据时,也需要缓冲区囤够了一部分,才拷贝到内存。 这样做是为了,减少对设备的操作次数。 那 CPU 是如何与设备的控制寄存器和数据缓冲区进行通信的?...,接着磁盘控制器将缓冲区的数据传输到内存; 当磁盘控制器把数据传输到内存的操作完成后,磁盘控制器在总线上发出一个确认成功的信号到 DMA 控制器; DMA 控制器收到信号后,DMA 控制器发中断通知 CPU...我们来看看,中断处理程序的处理流程: 在 I/O 时,设备控制器如果已经准备好数据,则会通过中断控制器向 CPU 发送中断请求; 保护被中断进程的 CPU 上下文; 转入相应的设备中断处理函数; 进行中断处理...键盘的中断处理程序是在键盘驱动程序初始化时注册的,那键盘中断处理函数的功能就是从键盘控制器的寄存器的缓冲区读取扫描码,再根据扫描码找到用户在键盘输入的字符,如果输入的字符是显示字符,那就会把扫描码翻译成对应显示字符的
为了避免这种内存映射 I/O 的情况,硬件必须有选择性的禁用缓存,例如,在每个页面上禁用缓存,这个功能为硬件和操作系统增加了额外的复杂性,因此必须选择性的进行管理。...首先 CPU 通过设置 DMA 控制器的寄存器对它进行编程,所以 DMA 控制器知道将什么数据传送到什么地方。...在块模式中,DMA 控制器告诉设备获取总线,然后进行一系列的传输操作,然后释放总线。这一操作的形式称为 突发模式(burst mode)。...当一个 I/O 设备完成它的工作后,它就会产生一个中断(默认操作系统已经开启中断),它通过在总线上声明已分配的信号来实现此目的。主板上的中断控制器芯片会检测到这个信号,然后执行中断操作。...在超标量的设计中,可能更加糟糕 ? 每个指令都可以分解成为微操作,微操作有可能乱序执行,这取决于内部资源(如功能单元和寄存器)的可用性。
就绪(进程调度)→运行(服务请求I/O)→等待状态(服务完成/ 事件来到)→就绪状态 3、PCB 的概念、前趋图与进程图 4、原语的概念及进程控制原语的种类 原语是操作系统中完成一些特定功能的、...通道是用来控制外部设备于主存之间进行成批数据传输的部件,又称为I/O处理机。它接送CPU命令又独立于CPU工作。...目的: (1)缓和CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾 (2)减少中断CPU的频率,放宽对CPU中断响应时间的限制 (3)提高CPU和I/O设备的并行性 6、I/O 软件的层次、各层主要功能、设备独立性的概念...(简答) 段页式存储管理中,如何从主存中取指令或取操作数? (选、填空) 请求式段页内存管理页面切换算法有哪些?(能对切换算法进行分析) 什么是管态?什么是目态?...(简答、填空) 操作系统为了调节不同部件的传输速度,可以采用缓冲技术,缓冲技术包含哪些基本技术?有什么特点?(简答) 如果 I/O 设备与存储设备进行数据直接交换,称为什么方式?
CPU如何控制I/O设备程序直接控制和中断控制方式首先,我们来讨论数据寄存器(Data Register)。...CPU向打印机发送一个命令,告诉它开始打印工作。此时,打印机的控制电路将执行两个动作。首先,它会设置状态寄存器中的状态为not-ready,表示打印机正在工作中。然后,它会实际操作打印机进行打印。...在计算机系统中,CPU和I/O设备之间的通信是通过CPU支持的特定机器指令来实现的。这些机器指令被称为I/O指令,用于控制和操作I/O设备。...对于CPU来说,它并不直接与特定设备进行交互,而是通过读写特定的内存地址或端口地址来实现与I/O设备的通信。在软件层面,通过定义传输命令和数据的方式,而不是引入新的指令,来实际操作对应的I/O硬件。...同时,还介绍了CPU如何控制I/O设备的程序直接控制和中断控制方式,以及使用DMA和通道控制方式进行优化的方法。最后,文章解释了CPU和I/O设备之间的通信方式。
(2)机制与策略分离 a.机制:基本操作,元操作 b.策略:在机制的基础上通过一定算法实现具体功能 c.机制放入内核,策略实现各种服务器 (3)微内核功能:将处理器、存储器等功能的机制部分放入微内核中,...中断处理程序通过查找页表,得到该页在外存的物理块后,启动磁盘I/O将所缺之页调入内存。 页面置换:在请求调页时,如果内存不足,那么需要从内存调出一页程序或数据送至磁盘的对换区中。...设备控制器是计算机中的一个实体。它是CPU与I/O设备之间的接口。它接受从CPU发出来的命令,并去控制I/O设备工作。在一个设备控制器上,可以连接一个或多个设备。...I/O系统的层次及功能:(软件) 用户层软件 设备独立性软件:与具体物理设备无关的程序接口 设备驱动程序:I/O进程与设备控制器之间的通信程序 中断处理程序:上下文切换 硬件:执行I/O操作 中断处理程序...当一个进程请求I/O操作时,该进程将自己挂起,直到I/O设备完成I/O操作后,设备控制器便向CPU发送一次中断请求,CPU响应后便转向中断处理程序,设置运行现场,中断处理程序(挂起的那个进程)执行响应的处理
在处理数据的地方就是在寄存器中修改,当寄存器没有要找的数据是,就会去一级缓存找,如果一级缓存中没有数据就会去二级缓存中找,依次查找知道从磁盘中找到,然后在加载到寄存器中。...所以任何时候想要激活控制器,设备驱动程序从操作系统中接收操作指令,然后将它转换成对应设备的基本操作,并把操作请求放置在寄存器中才能完成操作的。每个寄存器表现为一个IO端口。...举个例子,一个网卡接收到外来IP的请求,网卡也有自己的缓存区,CPU讲网卡中的缓存拿到内存中进行去读,先判断是不是自己的IP,如果是就开始拆报文,最后会获取到一个端口号,然后CPIU在自己的中断控制器去找这个端口...,这个我们称之为中断的上半部分,而后来真正来处理这个请求的叫做下半部份 DMA: 直接内存访问,大家都知道数据的传输都是在总线上实现的,CPU是控制总线的使用者,在某一时刻到底是有哪个I/O设备使用总线是由...总线有三个功能分别是:地址总线(完成对设备的寻址功能),控制总线(控制各个设备地址使用总线的功能)以及数据总线(实现数据传输)。
方法: 绝对装入方式 在编译时,如果知道程序驻留在内存的什么位置,那么编译程序将产生绝对地址的目标代码。 程序中的逻辑地址与实际内存地址完全相同,无需对程序和数据的地址进行变换。...3、通道的基本概念及分类; 虽然在CPU与I/O设备之间增加了设备控制器后,已能大大减少CPU对I/O的干预,但当主机所配置的外设很多时,CPU的负担仍然很重。...CPU必须不停地循环测试I/O设备的状态端口,当发现设备处于准备好(Ready)状态时,CPU就可以与I/O设备进行数据存取操作。...中断方式: 当I/O设备结束(完成、特殊或异常)时,就会向CPU发出中断请求信号,CPU收到信号就可以采取相应措施。...(4)中断处理程序,用于保存被中答断进程的CPU环境,转入相应的中断处理程序进行处理,处理完毕再恢复被中断进程的现场后,返回到被中断的进程。
Or is I/O blocking? 这是为什么呢?当你写的程序运行的越来越慢,但是代码里面看不到任何警告,这时候你该如何解决呢。假如你不知道操作系统是如何工作的,要怎么去调试这个问题呢?...在使用内存映射IO时,OS会在内存中分配缓冲区,并通知I / O设备使用该缓冲区将数据发送到CPU。 I / O设备与CPU异步操作,完成后中断CPU。...直接内存访问: 一些设备如键盘等慢速设备在传输一个字节后会对主CPU产生中断。如果诸如磁盘的快速设备为每个字节生成中断,则操作系统将花费大部分时间来处理这些中断。...直接内存访问(DMA)意味着CPU允许I / O模块直接读写内存。DMA模块本身控制主存储器和I / O设备之间的数据交换。CPU仅在传输的开始和结束时参与,并且仅在传输完整个块后才中断。...控制器使用源和目标指针(在何处读取/写入数据),计数器来跟踪传输的字节数和设置,包括I / O和存储器类型,中断和CPU周期状态。
/O设备一般是由执行I/O操作的机械部分和执行控制I/O的电子部件组成 (1)执行I/O操作的机械部分就是一般的I/O设备 (2)执行控制I/O的电子部件称为设备控制器或适配器 ① 为了能够使CPU设备控制器中的各个寄存器进行通信...数据寄存器:用来存放传输的数据 状态寄存器:用来记录设备当前所处状态 2) 中断方式 所谓“中断”是一种使CPU暂时中止正在执行的程序而转去处理特殊时间的操作。 引起中断的时间称为中断源。...程序中产生的中断,由CPU的某些错误结果(如,计算机溢出)产生的中断称为“内中断”,由外部设备控制器引起的中断称为“外中断” 3) 直接存储器存取方式(DMA方式) 特点:能使I/O设备直接和内存储器进行成批数据的快速传输...CPU彻底从I/O中解放出来。...CPU进行善后处理和启动。 通道是一个独立于CPU的,专门用来管理输入/输出操作的处理机。 通道是通过执行通道程序并与设备控制器共同实现对I/O设备的控制的。 它规定了设备应该执行的各种操作的顺序。
2.I/O技术的类型同步I/O:在同步I/O操作中,应用程序发起I/O请求后会停止执行,直到I/O操作完成。...直接程序控制要求CPU在整个数据传输过程中积极参与,直接与I/O设备进行数据交换,检查状态,以及处理数据传输完成后的清理工作。...这种方式相比于直接程序控制(Programmed I/O,PIO),能更有效地利用CPU资源,因为它允许CPU在等待I/O操作完成期间执行其他任务。...在复杂的计算机系统中,尤其是在需要大量I/O操作的环境中,IOP可以有效地管理和执行这些操作,减轻主CPU的负担。...在此过程中,IOP可以利用自己的指令集和控制逻辑来优化操作。中断和通知:一旦I/O操作完成或遇到错误,IOP通过中断或其他机制通知主CPU,以便进行后续处理。
队列中的记录通常为进程控制块(PCB)。...一个新进程(如果就绪队列中已有一个进程存在)必须被选择执行。对于第2和第3两种情况,可以进行选择。...抢占对于操作系统内核的设计也有影响。在处理系统调用时,内核可能忙于进程活动。这些活动可能涉及要改变重要内核数据(如I/O队列)。 ...因为根据定义中断能随时发生,而且不能总是被内核所忽视,所以受中断影响的代码段必须加以保护以避免同时访问。操作系统需要在任何时候都能够接收中断,否则输入会丢失或输出会被改写。...否则,如果当前运行进程的CPU区间比时间片要长,定时器会中断产生操作系统中断,然后进行上下文切换,将进程加入到就绪队列的尾部,接着CPU调度程序会选择就绪队列中的下一个进程。
1.3 cpu调度要解决的三个问题 1、按什么原则选择下一个要执行的进程:调度算法 2、何时进行选择:调度时机 3、如何让被选中的进程上cpu中运行:调度过程(进程的上下文切换) 1.3.1 调度的时机...cpu在运行时会发生很多事件: 创建、唤醒、推出等进程控制操作 进程等待I/O、I/O中断 时钟中断,如:时间片用完、计时器到时 进程执行过程中出现abort异常 这些事件发生后-->当前运行的进程暂停执行...:每个进程在就绪队列中等待的时间 # 二、设计调度算法前的要点 进程控制块中需要记录哪些与cpu调度有关的信息 进程优先级就绪队列的组织 抢占式调度与非抢占式调度 I/O密集型与cpu密集型进程 时间片...为I/O型进程专门设计了一个辅助队列,当一个I/O进程运行完之后不进入就绪队列,而是进入辅助队列,同时cpu也优先去调度辅助队列中的进程,知道辅助队列中为空,才去就绪队列中选择进程。...: 1、I/O操作完成后的线程优先级提升 在完成I/O操作后,Windows将临时提升等待该操作线程的优先级,保证该线程能更快上CPU运行进行数据处理 优先级的提升值由设备驱动程序决定,提升建议值保存在系统文件
内核如何从网卡接受数据,传统的经典过程: 1、数据到达网卡; 2、网卡产生一个中断给内核; 3、内核使用I/O指令,从网卡I/O区域中去读取数据; 但是,这一种方法,有一种重要的问题,就是大流量的数据来到...,网卡会产生大量的中断,内核在中断上下文中,会浪费大量的资源来处理中断本身。...另一个问题,就是从网卡的I/O区域,包括I/O寄存器或I/O内存中去读取数据,这都要CPU去读,也要占用CPU资源,“CPU从I/O区域 读,然后把它放到内存(这个内存指的是系统本身的物理内存,跟外设的内存不相干...如何合并或切分数据包 为了更有效率的执行把数据包增到或从socket缓冲区中删除这类操作而使用了链表,或者叫数据包链。next和prev指针用于这个场景。...快速分配和释放 无论何时创建数据包都会分配一个数据结构,此时会用到快速分配器。比如,如果数据通过10Gb的以太网传输,每秒会有超过一百万个对象被创建和销毁。
在了解操作系统的时候,我们至少需要知道: 1.操作系统是如何管理各种资源的? 2.软硬件如何协同工作?3.如何通过抽象化屏蔽差异4.软硬件如何分工?...想象一下,如果需要你写一个操作系统,有哪些因素需要考虑? 进程管理:如何在多任务系统中按照调度算法分配CPU的时间片。 内存管理:如何实现虚拟内存和物理内存的映射,分配和回收内存。...I/O内存映射:必须能够像访问RAM内存一样寻址许多设备。因此处理器提供了将外设对应的I/O端口映射到内存中,这样就能像操作普通内存一样操作设备了。...因为平台间的实现方式差异比较大,所以内核提供了一个抽象层来映射和去映射I/O区域。 除了如何访问外设,什么时候系统会知道是否外设有数据可以访问?主要通过两种方式:轮询和中断。...另一种方式是中断,它的理念是外设把某件事情做完了后,主动通知CPU,中断的优先级最高,会中断CPU的当前进程运行。
在没有 DMA 技术前,I/O 的过程是这样的: CPU 发出对应的指令给磁盘控制器,然后返回; 磁盘控制器收到指令后,于是就开始准备数据,会把数据放入到磁盘控制器的内部缓冲区中,然后产生一个中断; CPU...简单理解就是,在进行 I/O 设备和内存的数据传输的时候,数据搬运的工作全部交给 DMA 控制器,而 CPU 不再参与任何与数据搬运相关的事情,这样 CPU 就可以去处理别的事务。...具体过程: 用户进程调用 read 方法,向操作系统发出 I/O 请求,请求读取数据到自己的内存缓冲区中,进程进入阻塞状态; 操作系统收到请求后,进一步将 I/O 请求发送 DMA,然后让 CPU 执行其他任务...如果服务端要提供文件传输的功能,我们能想到的最简单的方式是:将磁盘上的文件读取出来,然后通过网络协议发送给客户端。...,这样做是为了减少磁盘的寻址操作; 内核也会「预读」后续的 I/O 请求放在 PageCache 中,一样是为了减少对磁盘的操作; 于是,传输大文件的时候,使用「异步 I/O + 直接 I/O」了,就可以无阻塞地读取文件了
设备管理概述 计算机系统的一个重要组成部分是I/O系统,在该系统中包括用于实现信息输入、输出和存储功能的设备和相应的设备控制器,在有些大型机中,还有I/O通道或I/O处理机。...-** 通道是一种通过执行通道程序管理I/O操作的控制器,它使CPU与I/O操作达到更高的并行度**。...这种轮询的方式中,因为在CPU中无中断机构,使 I/O设备无法向CPU报告它已完成了一个字符的输入操作,所以需要CPU不断地测试I/O设备的状态。...也就是说,引入中断之后,每当设备完成I/O操作,便以中断请求方式通知CPU,然后进行相应处理。但由于CPU直接控制输入输出操作,每传达一个单位信息。 相对程序IO方式,CPU资源得以有效地利用。...它之所以属于外设,是因为它是在处理器的编程控制下来执行传输的。 值得注意的是,通常只有数据流量较大(KBps或者更高)的外设才需要支持DMA能力,这些应用方面典型的例子包括视频、音频和网络接口 ?
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