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7. I/O 控制方式
每种设备都有一个设备控制器，控制器相当于一个小 CPU，它可以自己处理一些事情，但有个问题是，当 CPU 给设备发送了一个指令，让设备控制器去读设备的数据，它读完的时候，要怎么通知 CPU 呢？
控制器的寄存器一般会有状态标记位，用来标识输入或输出操作是否完成。于是，我们想到第一种轮询等待的方法，让 CPU 一直查寄存器的状态，直到状态标记为完成，很明显，这种方式非常的傻瓜，它会占用 CPU 的全部时间。
那我们就想到第二种方法 —— 中断，通知操作系统数据已经准备好了。我们一般会有一个硬件的中断控制器，当设备完成任务后触发中断到中断控制器，中断控制器就通知 CPU，一个中断产生了，CPU 需要停下当前手里的事情来处理中断。
另外，中断有两种，一种软中断，例如代码调用 INT 指令触发，一种是硬件中断，就是硬件通过中断控制器触发的。
但中断的方式对于频繁读写数据的磁盘，并不友好，这样 CPU 容易经常被打断，会占用 CPU 大量的时间。对于这一类设备的问题的解决方法是使用 DMA（Direct Memory Access） 功能，它可以使得设备在 CPU 不参与的情况下，能够自行完成把设备 I/O 数据放入到内存。那要实现 DMA 功能要有「DMA 控制器」硬件的支持。
8. DMA 控制方式
DMA 的工作方式如下：
- CPU 需对 DMA 控制器下发指令，告诉它想读取多少数据，读完的数据放在内存的某个地方就可以了；
- 接下来，DMA 控制器会向磁盘控制器发出指令，通知它从磁盘读数据到其内部的缓冲区中，接着磁盘控制器将缓冲区的数据传输到内存；
- 当磁盘控制器把数据传输到内存的操作完成后，磁盘控制器在总线上发出一个确认成功的信号到 DMA 控制器；
- DMA 控制器收到信号后，DMA 控制器发中断通知 CPU 指令完成，CPU 就可以直接用内存里面现成的数据了；
可以看到，CPU 当要读取磁盘数据的时候，只需给 DMA 控制器发送指令，然后返回去做其他事情，当磁盘数据拷贝到内存后，DMA 控制机器通过中断的方式，告诉 CPU 数据已经准备好了，可以从内存读数据了。仅仅在传送开始和结束时需要 CPU 干预。
9. 如果磁盘中有一个文件，此时想要将它读取到内存中，如果使用的是非阻塞 I/O，那这个时候操作系统是如何读取这个文件的？
- 发起非阻塞读取请求：应用程序首先向操作系统发起非阻塞读取请求，请求指定了要读取的文件以及读取的字节数。应用程序不会被阻塞，可以继续执行其他任务。
- 操作系统启动 I/O 操作：操作系统开始执行非阻塞读取操作。它会尝试读取文件的一部分数据（通常是缓冲区大小的一部分），而不会等待数据完全就绪。如果文件中有足够的数据可供读取，操作系统将尽可能多地读取数据，然后返回已读取的字节数。
- 返回读取结果：操作系统将读取的数据传输到应用程序指定的缓冲区，并返回已读取的字节数。如果没有足够的数据可供读取（例如，文件尾部或者暂时没有数据可用），操作系统会返回一个指示当前没有数据可读的状态，而不会阻塞应用程序。
- 应用程序处理结果：应用程序收到操作系统返回的读取结果后，可以根据已读取的数据字节数和数据内容来处理数据。如果还需要继续读取文件的剩余部分，应用程序可以再次发起非阻塞读取请求，然后继续执行其他任务。
- 轮询或事件通知：如果应用程序希望等待更多数据就绪，它可以使用轮询或事件通知机制来检查文件是否有更多数据可读。这允许应用程序不断地检查文件的状态而不阻塞，从而实现非阻塞 I/O。
