操作系統(tǒng)-操作系統(tǒng)-IO系統(tǒng)的功能、模型和接口

6.1I/O系統(tǒng)的功能、模型和接口

I/O系統(tǒng)管理的主要對象是I/O設(shè)備和相應(yīng)的設(shè)備控制器。其最主要的任務(wù)是，完成用戶提出的I/O請求，提高I/O速率，以及提高設(shè)備的利用率，并能為更高層的進(jìn)程方便地使用這些設(shè)備提供手段。6.1.1I/O系統(tǒng)的基本功能

1.隱藏物理設(shè)備的細(xì)節(jié)

I/O設(shè)備的類型非常多，且彼此間在多方面都有差異，諸如它們接收和產(chǎn)生數(shù)據(jù)的速度，傳輸方向、粒度、數(shù)據(jù)的表示形式及可靠性等方面。

2.與設(shè)備的無關(guān)性

隱藏物理設(shè)備的細(xì)節(jié)，在早期的OS中就已實(shí)現(xiàn)，它可方便用戶對設(shè)備的使用。與設(shè)備的無關(guān)性是在較晚時才實(shí)現(xiàn)的，這是在隱藏物理設(shè)備細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。

3.提高處理機(jī)和I/O設(shè)備的利用率

在一般的系統(tǒng)中，許多I/O設(shè)備間是相互獨(dú)立的，能夠并行操作，在處理機(jī)與設(shè)備之間也能并行操作。因此，I/O系統(tǒng)的第三個功能是要盡可能地讓處理機(jī)和I/O設(shè)備并行操作，以提高它們的利用率。為此，一方面要求處理機(jī)能快速響應(yīng)用戶的I/O請求，使I/O設(shè)備盡快地運(yùn)行起來；另一方面也應(yīng)盡量減少在每個I/O設(shè)備運(yùn)行時處理機(jī)的干預(yù)時間。

4.對I/O設(shè)備進(jìn)行控制

對I/O設(shè)備進(jìn)行控制是驅(qū)動程序的功能。目前對I/O設(shè)備有四種控制方式：①采用輪詢的可編程I/O方式；②采用中斷的可編程I/O方式；③直接存儲器訪問方式；④I/O通道方式。

5.確保對設(shè)備的正確共享

從設(shè)備的共享屬性上，可將系統(tǒng)中的設(shè)備分為如下兩類：

(1)獨(dú)占設(shè)備，進(jìn)程應(yīng)互斥地訪問這類設(shè)備，即系統(tǒng)一旦把這類設(shè)備分配給了某進(jìn)程后，便由該進(jìn)程獨(dú)占，直至用完釋放。典型的獨(dú)占設(shè)備有打印機(jī)、磁帶機(jī)等。系統(tǒng)在對獨(dú)占設(shè)備進(jìn)行分配時，還應(yīng)考慮到分配的安全性。

(2)共享設(shè)備，是指在一段時間內(nèi)允許多個進(jìn)程同時訪問的設(shè)備。典型的共享設(shè)備是磁盤，當(dāng)有多個進(jìn)程需對磁盤執(zhí)行讀、寫操作時，可以交叉進(jìn)行，不會影響到讀、寫的正確性。

6.錯誤處理

大多數(shù)的設(shè)備都包括了較多的機(jī)械和電氣部分，運(yùn)行時容易出現(xiàn)錯誤和故障。從處理的角度，可將錯誤分為臨時性錯誤和持久性錯誤。對于臨時性錯誤，可通過重試操作來糾正，只有在發(fā)生了持久性錯誤時，才需要向上層報告。6.1.2I/O系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和模型

1.?I/O軟件的層次結(jié)構(gòu)

通常把I/O軟件組織成四個層次，如圖6-1所示。圖6-1I/O系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

2.I/O系統(tǒng)中各種模塊之間的層次視圖

為了能更清晰地描述I/O系統(tǒng)中主要模塊之間的關(guān)系，我們進(jìn)一步介紹I/O系統(tǒng)中各種I/O模塊之間的層次視圖。見圖6-2所示。

1)?I/O系統(tǒng)的上、下接口

(1)?I/O系統(tǒng)接口。

(2)軟件/硬件(RW/HW)接口。圖6-2I/O系統(tǒng)中各種模塊之間的層次視圖

2)?I/O系統(tǒng)的分層

與前面所述的I/O軟件組織的層次結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，I/O系統(tǒng)本身也可分為如下三個層次：

(1)中斷處理程序。

(2)設(shè)備驅(qū)動程序。

(3)設(shè)備獨(dú)立性軟件。6.1.3I/O系統(tǒng)接口

在I/O系統(tǒng)與高層之間的接口中，根據(jù)設(shè)備類型的不同，又進(jìn)一步分為若干個接口。在圖6-2中示出了塊設(shè)備接口、流設(shè)備接口和網(wǎng)絡(luò)接口。

1.塊設(shè)備接口

(1)塊設(shè)備。

(2)隱藏了磁盤的二維結(jié)構(gòu)。

(3)將抽象命令映射為低層操作。

2.流設(shè)備接口

流設(shè)備接口是流設(shè)備管理程序與高層之間的接口。該接口又稱為字符設(shè)備接口，它反映了大部分字符設(shè)備的本質(zhì)特征，用于控制字符設(shè)備的輸入或輸出。

(1)字符設(shè)備。

(2)get和put操作。

(3)

in-control指令。

3.網(wǎng)絡(luò)通信接口

在現(xiàn)代OS中，都