『现代操作系统』IO软件原理

• IO软件目标
• IO处理方式
• IO软件层次
  • 中断处理程序
  • 设备驱动程序
    • 位置
    • 功能
    • 运行
  • 与设备无关的I/O软件
  • 用户空间的IO软件

IO软件目标

• 设备独立性(device independence): 编写的程序能够访问任何设备而无需事先指定. 即程序的通用性
• 统一命名(uniform naming): 一个文件或一个设备的名字应该是一个简单的字符串或数字.
• 错误处理(error handling): 错误应该尽可能接近硬件得到处理. 处理不了再上传
• 同步(synchronous) 和 异步(asynchronous)(即中断驱动): 大都数物理 I/O 是 异步的

IO处理方式

• 程序控制 I/O

让 CPU 做全部 I/O工作,成为程序控制 I/O
CPU 要不断地查询设备, 这成为 polling 或 busy waiting

• 中断驱动 I/O

缺点是 中断发生在每个事件上, 同样要花一些时间,
如打印一个缓冲区的字符, 每个字符都要中断一次

• 使用DMA

需要特殊的硬件 DMA 控制器, 每个缓冲区中断一次

IO软件层次

中断处理程序

设备驱动程序

每个连接到计算机上的 I/O 设备都需要某些设备特定的代码来对其进行控制 , 注意 设备控制器是硬件上的, 驱动程序是软件上的.

位置

为了访问设备的硬件(即设备控制器的寄存器), 设备驱动程序需要是系统内核的一部分.

其实也可以构造运行在用户空间的驱动程序,使用系统调用来读写设备寄存器. 这样可以使内核与驱动程序, 驱动程序之间隔离, 消除驱动程序干扰内核造成的系统崩溃.

功能

• 接收来自其上方与设备无关的软件发出的抽象的读写请求
• 如果需要, 驱动程序 必须对设备进行初始化,还可能对电源需求和日志事件进行管理

运行

驱动程序在执行期间动态地装在到系统

与设备无关的I/O软件

功能

• 缓冲

• 错误报告
• 分配与释放专用设备
• 提供与设备无关的块大小
• 设备驱动程序的统一接口

用户空间的IO软件

• C 语言中的 printf

• 假脱机(spoolilng)

如果一个进程打开它, 然后很长时间不使用, 则其他进程都无法打印 . 另外一种方法是 创建一个 守护进程(daemon) 和假脱机目录. 一个进程要打印一个文件时, 首先生成要打印的整个文件, 并且放在假脱机目录, 由守护进程打印该目录下的文件, ,,守护进程是唯一允许使用打印机特殊文件的进程.