OSTEP:35&&36&&37&&44 IO设备
存储设备
评价方法：价格、容量、速度、可靠性
存储介质：磁
磁带–>磁盘
存储介质：坑
光盘Compact Disk
利用坑来阻碍光的反射，有了母片很容易通过 “压盘” 复制产品，但是只读(挖坑容易填坑难，暗示我经常挖坑不填?😢)
存储介质：电
之前的持久存储介质有致命的缺陷
- 磁：机械部件导致 ms 级延迟
- 坑 (光): 一旦挖坑，填坑很困难 (CD是只读的)
Flash Memory “闪存”
- Floating gate 的充电/放电实现 1-bit 信息的存储
速度快，容量越大，速度越快 (电路级并行)
衍生出一系列产品:Compact Flash(CF卡，对就是mp3上的那种)–>USB Flash Disk(U盘)–>Flash-based SSDs(solid-state storage device,固态存储设备)
- 听说固态最近好像价格回升，我大概五月份买的时候三星，西部数据这样的大厂都便宜的离谱，多是归功于国产ssd技术突破，长江NB
固态硬盘需要克服的问题
一个闪存面被分为闪存块，一个闪存块被分为闪存页，对于读来说正常读一个页，写来说需要将页所在的整个块擦除，这也是我们固态读比写慢的原因
最大问题还是放电 (erase) 做不到 100% 放干净
- 放电数千/数万次以后，就好像是 “充电” 状态了
解决方案:每一个 SSD 里都藏了一个完整的计算机系统
FTL: Flash Translation Layer
维护这逻辑块到物理块的一张映射表: 对于逻辑块的读写转化为物理块的写，当发现这个物理块被读写的次数对于大多数物理块时，将逻辑块重新映射到一个读写次数相对少的物理块，从而维持一种平衡叫做Wear Leveling
安全问题
FTL也就可以提供一种逻辑上的快速清除，实际上物理块没有被清除(冠希哥被动躺枪)，清除后用垃圾数据覆盖或许可以避免悲剧😂
I/O设备
I/O 设备 (CPU 视角)：“一个能与 CPU 交换数据的接口/控制器”
通过接口来为上层提供服务，操作系统不需要关心设备internals以及内部怎么实现，只要按照设备手册通过接口来交流即可(给寄存器一个值，设备做出相应反应)
- CPU 可以直接使用指令 (in/out/MMIO) 和设备交换数据(MMIO(memory-mapped I/O)用内存映射的方式通过内存地址和设备交互)
总线
为了支持越来越多的io设备(可拓展性)CPU上出现了总线：一个特殊的 I/O 设备
- 把收到的地址 (总线地址) 和数据转发到相应的设备上
- 总线上可以接dram，甚至可以给总线上接的设备进行内存编制，统一按照内存地址来操作设备，其他设备pci也可以连接到总线，如usb总线
为了提高cpu效率，当设备完成了自身操作，会主动抛出一个硬件中断，在此期间cpu可以执行其他进程（如果设备非常快，中断可能不如轮询）
DMA
向磁盘写一些数据，cpu需要将数据从内存拷贝到磁盘，磁盘 I/O执行完，cpu才能切走到其他工作，为了提高效率把简单的拷贝工作交给DMA
操作系统会通过编程告诉 DMA 引擎数据在内存的位置，要拷贝的大小以及要拷贝到哪个设备。
Direct Memory Access (DMA)：一个专门执行 “memcpy” 程序的 CPU(用于I/O设备和系统内存直接的批量数据传送)
很容易可以联系到GPU，nvidia yes！
设备驱动程序
操作系统不应该把io设备的寄存器接口暴露给用户取操作，这是不合理且危险的，比如大多数普通用户操作不好打印机寄存器接口造成经济损失
linux把设备抽象成文件，linux驱动程序会把重新定义一些文件操作相关函数，驱动程序把系统调用 (read/write/ioctl/…) “翻译” 成与设备寄存器的交互，完成复杂的功能