操作系统 5：IO 与存储

设备管理是操作系统的重要组成成分，主要有三种方法：

操作系统直接操纵设备的运行，例如直接程序控制、中断方式控制。
操作系统间接操纵设备的运行，例如 DMA 和通道方式。
操作系统通过使用设备驱动程序，将设备管理工作通过任务（进程）的方式来实现。操作系统只需要制订标准，将具体操作设备的程序交给不同的制造商去开发。

IO 的控制方式

程序直接控制（查询）

CPU 不断重复查询设备的状态，「原地踏步」。最简单，但是效率低——CPU 的速度比 IO 设备快得多。

中断方式

允许 IO 设备主动打断 CPU 的运行并请求服务，让 CPU 可以在等待设备的时候做其他工作。不过，由于数据传输仍然是 CPU 完成，因此中断驱动方式仍然占用较多 CPU 时间。

DMA 方式

在中断方式的基础上，引入一个外围设备来处理数据传输（转移）这件事，实现「简单任务自己做，做完了告诉 CPU 一声」。

流程：

CPU 初始化 DMA，写入存放数据的内存地址、要输入数据的字节数、控制字、启动位。
CPU 保存上下文，当前进程（要用设备的进行）阻塞，调度其他进程运行。
当设备开始响应时，设备每完成一个数据，DMA 设备都接管内存总线的控制权（周期挪用），将数据写内存（不经过 CPU，CPU 此时阻塞），然后再恢复 CPU 对内存总线的控制权，直到数据传输完成。
当一批数据传输完成之后，DMA 再向 CPU 发出中断信号。

通道方式

进一步强化 DMA 的自主权并称它为通道。通道可以编程，可以管理多个设备同时工作。

一个比喻

改进自王道操作系统书。

想象一位客户要找裁缝做一批衣服。所有的裁缝店都必须立即取走做好的衣服，不能积压。
程序控制方式：裁缝没有客户的联系方式，客户必须每隔一段时间去裁缝店看衣服做好没有。
中断方式：裁缝有客户的联系方式。由于裁缝店不能积压，裁缝做好一件衣服就打一次客户电话，客户接到电话后去取衣服。
DMA 方式：客户委托一位秘书，向她交代衣服做好后放在仓库，以及做了 100 件衣服就向自己报告一次。一位秘书负责与一位裁缝的联系。
通道方式：客户全权委托一位秘书，秘书自己决定衣服放在哪里，自己决定向客户上报的频率，并可以与多位裁缝联系。