上篇部落格介紹了存儲器管理的相關知識——我的作業系統複習——存儲器管理，本篇講裝置管理中的I/O控制方式和作業系統中的系統調用。
一、I/O控制方式
I/O就是輸入輸出，I/O裝置指的是輸入輸出裝置和儲存設備。I/O控制方式值得就是CPU對記憶體資源與I/O裝置之間輸入輸出的控制。I/O的控制方式按照發展有下面幾種：
（1）、程式I/O方式。
這個最原始的方式的特點是I/O過程中，CPU全程阻塞。CPU向I/O控制器發送指令，要求讀取一個位元組，IO控制器取一個位元組，存入自身的資料寄存器中，存入完畢後通知CPU。然後CPU把這個位元組存入記憶體。在這個過程中，CPU的大部分時間都在等待操作完成。值得注意的是，這種控制方式必須以位元組為機關。
（2）、中斷驅動I/O控制方式。
這種控制方式的特點是I/O過程中，CPU跟I/O控制器并行工作，無需阻塞。傳輸過程跟程式I/O方式沒差別。不過由于CPU在I/O過程中無需阻塞，效率比之程式I/O方式提高了百倍。
（3）、直接存儲器通路I/O控制方式——DMA（Direct Memory Access）
這是一種非常有效率的I/O控制方式——資料傳輸的基本機關是資料塊；DMA控制器将資料直接送入記憶體；整個資料塊傳送開始和結束的一刻CPU才會處理，其他時候CPU與控制器并行工作。值得注意的是DMA控制方式是由DMA控制器實作的，DMA控制器有3部分——主機&控制器接口、控制器&塊裝置接口和I/O控制邏輯。核心就是主機&控制器接口，這個接口是為了完成主機和塊資料的直接交換。DMA控制器為了實作功能有四類寄存器：指令/狀态寄存器(CR)，用來存放控制資訊和狀态；記憶體位址寄存器(MAR)，存放目标位址；資料寄存器(DR)，相當于緩存，暫存資料；以及資料計數器(DC)，存放本次 CPU 要讀或寫的字(節)數。資料傳送的過程，簡單來說就是，傳送前在MAR中設定目标位址，在DC中設定資料塊大小，然後控制器每從磁盤取資料存入記憶體或從記憶體取資料存入磁盤，就把MAR中的目标位址加一，并把DC中資料塊大小減一，直到DC中資料塊大小為0，資料便傳送完畢。可以看到，DMA是由硬體實作資料塊移動的。
（4）、I/O通道控制方式
這種控制方式是對DMA方式的改進，把一個資料塊的傳輸改進為一組資料塊的傳輸。通道指的是這整個傳輸的虛拟含義。I/O通道控制方式是由通道程式和裝置控制器共同實作的。可以說，它比DMA方式改進的地方在于用程式增加了對DMA方式的控制，使多個資料塊的傳輸能夠合為一個整體。
《計算機作業系統》上這一幅流程圖直接拿來用了：
二、系統調用
什麼是系統調用？系統調用說白了就是作業系統提供的接口，用以與系統通信，取得系統服務。應用程式需要通過系統調用才能通路作業系統的關鍵資源。首先來了解一下計算機的兩種狀态。
（1）、計算機的兩種狀态——系統态和使用者态
系統态和使用者态，其本質就是CPU的兩種狀态。
1）系統态，又稱管态或核心态。處理機運作作業系統的狀态。
2）使用者态，又稱目态。處理機運作應用程式的狀态。
應用程式需要調用系統功能時，通過系統調用，CPU轉為系統态，取得系統資源，執行系統功能。對應CPU的系統态和使用者态，CPU所執行的指令分為特權指令和非特權指令。
（2）CPU執行的兩種指令——特權指令和非特權指令。
1）特權指令
即CPU在系統态所執行的指令。這種指令隻允許系統态的CPU運作，即隻允許作業系統調用。特權指令可以對作業系統執行能執行的所有操作，不受任何限制。
2）非特權指令
即CPU在使用者态所執行的指令。這種指令隻能執行一般性的操作任務，不能直接進行通路系統中的硬體和軟體，其對記憶體的通路範圍也局限于使用者空間。應用程式想要通路系統中的硬體和軟體，隻能通過系統調用間接進行。
（3）系統調用的實作
那麼系統調用是怎麼實作的呢？系統調用是通過中斷機制實作的，并且是同一個中斷入口來實作。具體操作就是系統調用的時候，CPU轉換為系統态，請求系統服務，處理完畢後繼續執行應用程式。這裡有幾個概念需要了解一下：
1）中斷的本質：百度百科解釋的很好：“CPU執行完每條指令時，都會去檢查一個中斷标志位”，這句話是所有關于中斷長篇大論的開場白，但很容易被人忽略，其實，這就是中斷的本質。
2）内中斷（陷入、捕獲）：由于系統調用引起的中斷
3）陷入指令：由于系統調用引起中斷的指令稱為陷入指令。
4）中斷辨別碼（中斷類型号）：由硬體（通常是中斷控制器）産生，以辨別不同的中斷源。
5）中斷向量：中斷服務程式的入口位址。在某些計算機中，中斷向量的位置存放一條跳轉到中斷服務程式入口位址的跳轉指令。
6）中斷向量位址：存儲中斷向量的存儲單元位址
參考：《計算機作業系統(湯子瀛)》、百度
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* 作者：錢書康
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