操作系统对IO设备的操作，实质上就是对外设控制寄存器进行操作，并封装为统一接口（Linux中一切皆文件）。

终端IO

显示器

打开的相关文件，就是获得文件描述符，再通过文件描述符索引获得其PCB相关数组中的一项，之后得到文件的信息（inode）。

显示操作就是通过文件描述符得到之前的inode，根据文件类型（文件，字符设备...）选择如何处理，通过inode中的设备号，查表找到其处理函数写入缓冲区，最终通过在tty中的函数表通过汇编将缓冲区的内容写到显示器控制器。

具体见视频。

键盘

可以通过通过中断或者查询获取键码，根据键码查表获得处理函数（如查表得出键值放入缓冲区）。

下图是上面内容的简化图。

磁盘

第一层抽象-生磁盘

我们会发现磁盘访问时间=写入控制器时间+寻道时间（找盘块和磁道）+旋转时间（找扇区）+传输时间。

其中寻道时间最长要12~8ms，旋转时间次之要4ms，因此操作系统对扇区的排序是从里到外，从上到下的。同时因为寻找扇区的总时间远大于读写时间，那么何不一次多读几个扇区，这就是读写块（block），这提高了读写效率（但浪费了一定空间，空间换时间）。

这时用户要读取的就是块号，由操作系统转换成扇区号，通过扇区号算出真实的盘块、磁道、扇区。

Linux0.11中1个盘块可以是2个扇区刚刚好。

第二层抽象-多进程读写算法

这时单进程就可以操作磁盘了，那么多进程就要通过调度算法和请求缓冲队列来实现。

还是和之前一样一步一步推进算法：

1. FCFS：使用FIFO最公平直观。

   ​ 缺点：磁头可能一直在反复移动，费时间。

2. SSTF：Shortest-seek-time First根据排序请求根据扇区相近先服务。

   ​ 缺点：容易引起长时间不服务。

3. SCAN：又称电梯算法，磁头要来回扫描同时排序请求，不断服务。如图：

   

第三层抽象-文件

读写块对人来说还是不够方便，因此引入了文件。文件实质是一种字符序列（字符流），所以文件和磁盘的实质是建立字符流到盘块集合的映射关系。

方式一：连续存放

因为使用的是连续存放，我们可以通过一个表（FCB），记录文件起始块、块数等；这样通过操作系统的计算就可以得出就可以得出块数。

这方法适合于读写文件，但不适合增删内容（就好像数组，词典）。

方式二：链式

第一种方法类似数组，那么是不是可以用链表来存储。这时FCB只要存储第一个块的号码，之后读取第一块，因为每一块的结尾都要下一块的号码，就可以访问文件。

这个方法和第一种的优点和缺点互换。

方式三：索引

结合上面两种，我们在FCB中也只存放一个块的号码，但这个块是特殊的，我们在这个块中建立文件和块的索引表。

这就既可以读写，又可以增删。

Linux0.11多重索引：

• 小文件：直接用一个数组记录数据块块号（0级索引）

• 大文件：数组前几个是记录数据块块号，后几个是记录索引块块号。如下图

  

在这时我们会发现Linux0.11中一切皆文件是一种抽象，文件都是通过文件的inode中的信息来识别去文件类型，在根据不同类型来对inode中的信息进行不同的操作。

第四层抽象-文件系统

在文件的基础上加入目录，将整个磁盘变成一颗树一样的结构，构成文件系统。

而目录的关键就是能根据路径名找到文件的FCB。

对于目录也是用上面文件的打开方式，每个目录也有FCB，类似文件，文件的数据块中存放的是一个一个目录项（文件名+对应的FCB位置）。如下图。

我们将FCB一起放在一个数组中，这样对应的位置就是数组的下标，方便索引。

根目录要固定在磁盘的一个位置，通过根目录才能访问其他文件。

上图是一块普通的硬盘，不是系统盘。

• 引导块：引导用，这不是重点无需关心。
• 超级块：记录该块和后面两个位图的信息（如大小）。
• i节点位图：记录哪些inode空闲，哪些被占用，同时位图大小也就是能支持的文件数。
• 盘块位图：提供硬盘的空间信息：哪些盘块是空闲的，哪些被使用，硬盘大小不同这个位图大小不同。
• i节点：就是存放FCB数组。

位图：就是用二进制数字0表示使用，1为空闲。如：盘块位图：0011110011101就表示磁盘块2、3、4、5、8、9、10、12空闲。

到此就有了一个完整的文件系统。