硬件性能：

处理器和 I/O 设备的交互：

系统控制信号传递方式：

两种方式：

1. 指令交互
2. 内存映射 在前面的章节中，又提示过，I/O 的这块映射内存独立且只有内核可以操作。

数据传递方式

传递方式主要可以分为两种：
1.程序 I/O 控制
2.DMA


对于高速 I/O，使用 DMA 的情况更多一些。

设备通知操作系统：

这里又有两种方式：

1. 中断
2. os 轮巡

设备驱动

最下面就是设备需要和 os 完成交互，完成 I/O 操作。

整体交互方案：

机械磁盘

性能综述

主要包括三个指标：

1. 响应时间
2. 带宽
3. 启动时间 ### 举例分析

总线带宽和设备性能

我目前理解计算机的体系结构是一种平衡，比如性能的瓶颈是由从总线到磁盘读写，到内存访问到网络访问等多个环节共同决定的，需要能够统一抽象的去理解设计思想和可能存在的问题

磁盘结构：

一个 sector 的大小是 512 字节，前面知道 page 的大小是 4kb，一般来说会把多个 sector 组成 block（一般也是 4K）进行数据传递
磁盘密度需要保持一致，这个应该可以理解。因为这个原因，同时要保证每个 track 的大小一致。
外部的磁道只有一半的空间是真正使用的

SMR 技术可以增加连续数据的存储容量：

磁盘性能

当下的磁盘性能指标：

性能举例

计算机体系中的 locality 无处不在。

磁盘控制器

磁盘控制器做了不少事情，对于操作系统来说，它所要获取的信息是逻辑空间，具体的物理操作由 controller 完成。
这是历史积累下来的东西。
知乎看过一篇大佬的回答，想真正学好 cs，计算机基础概念 + 计算机发展历史

SSD（Solid State Disk）

SSD 的结构：

闪存最大的问题在于写盘的次数是有限的，因此擦写的时候需要使用不同的区块就行写操作。

写入的时间会稍长，主要是 SSD 的擦除机制，一次要擦除一个 block。
还要考虑 page 搬移的问题。所以相对较慢。

当前的 SSD：

这里还有 PCIE 的 SSD，我孤陋寡闻了。

SSD 总结：

I/O 硬件性能总结：

# 队列和磁盘调度
I/O 的性能不仅仅在于具体的物理部件性能，同时也需要软件参与。

这里需要理解响应时间和吞吐量没有完全的匹配关系。因为可以通过流水线的并行设计方式，来增加吞吐量。

可以看到当进入 queue 队列的数据大于服务处理数据时，会进入饱和状态。在饱和状态下，利用率保持 1，但是队列会不断增长。

关于分布：

会认为事件的密度是一个指数分布，关于指数分布的解释：
https://baike.baidu.com/item/%E6%8C%87%E6%95%B0%E5%88%86%E5%B8%83
还是需要理解一下泊松过程和指数分布

变异系数：

队列理论：

稳态的时候，输入吞吐量=输出吞吐量

等候理论

https://baike.baidu.com/item/%E5%88%A9%E7%89%B9%E5%B0%94%E6%B3%95%E5%88%99/
如何计算等候事件？

计算 Tq 和 Lq
可以看到当 u 趋近于 1 时，Tq 趋近于无限大。

当存在突发的情况下，利用率是不可能达到 1 的，service 处理时终究会有处理间隔。

一个计算的例子：

可以看到利用率低的时候，负载比较小。

队列也是有专门的理论研究的，不过是以前看不到罢了😓

这里看到，更大的吞吐量会造成更大的等待延迟。（利用率越高，队列时间越长，balance forever）

磁盘调度

FIFO 移动的次数太多。
SSTF: Shortest seek time first 会导致饥饿现象

SCAN：

这也有缺点，缺点在于两边的数据调度间隔可能会很长。

C-SCAN：

这个方法兼顾了效率和公平。