IO系统的功能和层次模型

Posted 2022-08-27 fusiji

IO系统管理的主要对象是IO设备和相应的设备控制器。其主要作用是完成用户的IO请求，提高IO速率，以及提高设备的利用率，并为高层的进程提供方便的接口。

I/O系统的基本功能

一、方便用户使用I/O设备

1.隐藏物理设备细节

　　I/O设备通常有很多种类型，每一种又有传输方向、数据粒度、传输速度等不同特性，将这些复杂的细节隐藏，仅向上层暴露简单的接口。

2.与设备的无关性

　　用户不但要用抽象的I/O命令，还要能够使用现成的逻辑设备名称来控制选择I/O设备，并且添加新的设备驱动程序。

二、提高CPU和I/O设备利用率

1.提高设备利用率

　　尽可能让CPU和I/O设备并行执行

2.对I/O设备进行控制

• 轮询I/O设备的可编程I/O方式
• 中断I/O
• DMA直接存储器访问
• I/O通道

三、共享设备、系统有序执行

1.确保对设备的正确共享

　　独占设备：进程间互斥访问该类资源

　　共享设备：如磁盘，多个进程可交叉读写磁盘

2.错误处理

　　临时性错误：重试操作

　　持久性操作：向上层汇报

I/O系统的层次结构

1.用户层I/O软件

　　实现与用户的交互，用户可以直接调用此层提供的接口、函数等；

2.设备独立性软件

　　用于实现用户程序和设备驱动器的统一接口、设备命名、设备保护以及设备分配和释放等，同时为数据的传输提供必要的空间

3.设备驱动程序

　　与硬件直接相关，用于具体实现系统施加给硬件设备的指令

4.中断处理程序

　　保护被中断的CPU环境，转入中断处理程序，处理，返回恢复现场

I/O系统的接口

1.块设备接口

该接口反映了大部分磁盘存储器的本质特征，用于控制该类设备的输入输出。

（1）块设备：数据存取以块为单位

（2）隐藏了磁盘的二维结构：将二位的物理磁盘结构转换成一维的线性结构

（3）将抽象命令映射为低层操作：将上层的简单接口命令转换成底层能够识别的操作

2.流设备接口

又称字符设备接口。

（1）字符设备：数据存取以字符为单位

（2）get和put操作：字符设备不可寻址，只能采用顺序存取方式，通常带有一个缓冲区

（3）in-control指令：字符设备类型众多，为了以统一的方式处理，必需提供一个通用的指令，该指令包括的参数对应不同设备

3.网络通信接口

与网络协议和网络层次有关，操作系统要提供面向网络的各种接口。

（1）网络协议：UDP、TCP等

（2）网络体系结构：OSI七层模型，但实际上用的TCP/IP协议，只有五层