# I/O運作

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## I/O裝置

所謂的I/O裝置，就是input/output的裝置，負責輸出跟輸入資料，比如說鍵盤跟螢幕，或是網路等等的裝置，有時候我們需要通知這些裝置做事，就有幾個方法可以實行，分別是polling I/O, Interrupted I/O以及DMA，前兩者的前面六個步驟都相同，依序是下列六步：

|No.|Action|
|-|-|
|1|User process發出I/O request給OS
|2|OS收到請求，可能暫停此process執行，並執行相對應的system calls。
|3|kernel的I/O-subsystem會pass此請求給Device driver。
|4|Device driver依此請求設定對應的I/O commands參數給Device Controller。
|5|Device Controller啟動，監督I/O-Device之I/O運作進行。
|6|在此時，OS可能將CPU切給另外一個process執行。

後面依序介紹三種I/O處理方式，三種的差別在於I/O動作結束之後怎麼告知OS，讓自己取得I/O結果。

## Polling I/O


Polling I/O稱為詢問式I/O，CPU在執行其他Process的過程時要不斷去pollling Device Controller確認I/O動作是否完成。

通常實作的方式會使用幾個bit，負責表示I/O動作完成或是出現錯誤，CPU每次只要檢查這幾個bit就好，處理完成後再把這些bit重設。

Polling I/O因為需要花大量的時間去polling Device Controller上，花在process execution的時間就相對被壓縮，所以適合用在Device執行很快的情況，如此一來才不會有一堆需要詢問的Device占用CPU時間。

## Interrputed I/O


Interrupted I/O的做法是在I/O動作完成後，發出一個I/O Completed的Interrupt通知OS，CPU再花時間來尋找是哪個I/O完成並且處理之。

Interrupt的好處是不用一直花時間polling，能夠提升CPU utilization。不過要是I/O Device的處理方式很快，則會一直被interrupt，所以適合用在I/O Device有一定處理時間的裝置。

## DMA I/O


DMA I/O的全名為Direct Memory Access，他的做法是把I/O的處理交給另一個硬體，讓他直接存取記憶體以便他直接把處理好的結果放在該放的位置。

DMA I/O的好處是可以很大幅度的提高CPU utilization。缺點是需要另外設計一個硬體處理I/O，並且DMA I/O還是會跟CPU搶Memory的使用權。

## 白話說明I/O種類


其實我們可以把這個假設成工作中途煮開水：
* Polling I/O就是時不時過去看看水滾了沒。
* Interrupted I/O就是水開了之後會發出高頻率的叫聲，像是以前的水壺會裝上一個通知水滾的尖嘴。
* DMA I/O就是雇用了一個傭人幫忙煮開水，好了就拿過來主人的身邊。

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