设备与磁盘

设备的工作原理

CPU发出指令，写数据到设备控制器上的存储。设备控制器上的电路读指令，进行相应操作。指令完成后设备控制器发起中断。

int fd = open("/dev/xxx");
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    write(fd, i, sizeof(int));
}
close(fd);

操作系统提供了操作设备的同一接口。无论任何设备都是open, read, write, close。不同的设备对应不同的设备文件，可以通过设备文件找到设备控制器的地址、内容格式等。

举个栗子

printf其实就是write(1)，当前进程的filep[1]对应一个文件结构，我们可以从filep[1]中拿到f_inode。

int sys_write(int fd, char* buf, int count) {
    fp = current_pcb->filep[fd];
    inode = fp->f_inode;
}

当前进程的filep数组是在父进程fork时拷贝来的，而第一份filep数组是在系统初始化的init函数中创建的。init后，0、1、2号fd都指向"/dev/tty0"这个设备文件。

void main() {
    if (!fork()) init();
}

磁盘

磁盘的访问单位是扇区，扇区大小512字节，扇区的大小是传输时间和碎片浪费的折中。

如何从磁盘读取一个字节？

1. 移动磁臂到指定的柱面（多个盘面的相同磁道组成柱面）上。
2. 移动磁头到指定的磁道。
3. 磁盘开始旋转，旋转到指定扇区。
4. 加载扇区到内存。
5. 从内存中读取一个字节。

访问磁盘需要柱面、盘面、扇区等信息，操作系统抽象了一个block的概念用于屏蔽这些细节，磁盘驱动负责将block转换为柱面、盘面、扇区等信息。

磁盘访问时间 = 写入控制器时间 + 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间。block相邻的盘块可以快速读出。

磁盘的读写单位是扇区，操作系统的读写单位是盘块（连续的几个扇区），提升了读写粒度，读写速度提升了（减少了寻道和旋转时间），空间碎片也变大了，相当于空间换时间。

多个进程读写磁盘，需要加一个请求队列，进程把block放在队列中，磁盘驱动从队列中获取block。