操作系统文件视图之设备驱动简述

OS文件视图之设备驱动

一、IO与显示器

终端设备输出：显示器；终端设备的输入：键盘

外设工作：CPU通过CPU-内存总线，然后经过总线控制器，发出命令，再经PCI总线，最后到外设自己的控制器（即网卡，显卡等）接受指令，写入自己的缓存进行处理计算，待外设控制器处理完毕后，向CPU发出中断，表示自己处理完毕，CPU再读数据到内存。对于操作系统来说就是，CPU向控制器中的寄存器读写数据；控制器完成真正的工作，并向CPU发中断信号，还有中断处理程序。

外设驱动（三件事）：CPU发送给外设控制器的必要指令（核心）；外设控制器处理完后，需要发CPU中断信号，中断处理程序；文件视图，使得写寄存器更简单（第三步最麻烦）

向设备控制器的寄存器写命令：需要查寄存器地址、内容格式和语义，OS需要给用户提供一个简单视图--文件视图

OS为用户提供统一的接口；根据设备文件找到控制器的地址、内容格式等

比如printf的过程：

二、键盘

终端设备的输入：键盘

按键就会中断，键盘输入的流程

1. 中断初始化开始，21号中断在OS初始化时设置为键盘中断

2. 处理扫描码key_table，do_self

3. 从key_map取出ASCII码，缓冲队列

4. 对字符进行处理，可显示字符回显处理

三、 生磁盘的使用

磁盘作为外设的一部分，工作流程与其他外设基本一致，只是控制器有专门的磁盘控制器

• CPU向磁盘控制器中的寄存器读写数据

• 磁盘控制器完成真正的工作，并向CPU发中断信号

磁盘常识：

• 磁盘访问单位：扇区

• 扇区大小：512字节

• 扇区的大小：传输时间和碎片浪费的折衷

磁盘的IO过程：控制器-》寻道-》旋转-》传输；只需往控制器中写柱面、磁头、扇区、缓存位置，控制器就可以执行，找到指定文件；上层用户发盘块号，相邻盘块可以快速读出；

磁盘访问时间 = 写入控制器时间 + 寻道时间（最核心） + 旋转时间 + 传输时间

OS用空间换时间，每次多读入一些扇区，使得读写速度增加

多进程访问磁盘请求时，需要调度算法，使得寻道时间越少越好

调度算法：

• FCFS：最直观、最公平；谁先来谁先用

• SSTF：短寻道优先，磁道最少，缺点：饥饿问题

• SCAN（实际采用）：SSTF+中途不回折：每个请求都有处理机会，电梯算法，直接移动到另一端：两端请求都能很快处理

生磁盘的使用整理：

1. 进程”得到盘块号“（文件系统的内容：通过文件得到盘块号），算出扇区号

2. 用扇区号make_req（实际中还有个缓冲内存，会提高使用速度），用电梯算法add_request

3. 进程sleep_on

4. 磁盘中断处理

5. do_hd_request算出cyl，head，sector

6. hd_out调用outp(...)完成端口写