操作系统的输入输出系统I/O

I/O系统是OS的主要组成部分，一种是用于管理外设的I/O设备，一种是用于存储数据，如磁盘驱动器和磁带机等各种存储设备。向下与硬件密切相关，向上与文件系统、虚拟存储系统和用户直接交互。

I/O系统管理的主要对象是I/O设备和相应的设备控制器，其主要任务是完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率，提高设备的利用率，并能为更高层的进程方便的使用这些设备提供手段。

I/O系统的基本功能：

• 隐藏物理设备的细节
• 与设备无关性
• 提高处理机和I/O设备的利用率
• 对I/O设备进行控制
• 确保对设备的正确共享
• 错误处理

I/O软件的层次结构

用户软件层：与用户交互	产生I/O请求，格式化I/O，spooling
设备独立性软件：用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口、设备命名、设备的保护以及设备的分配与释放，同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。	映射、保护、分块、缓冲、分配
设备驱动程序：与硬件直接相关，具体实现系统对设备发出的操作指令，驱动设备工作。	设置设备寄存器，检查状态
中断处理层序：保存被中断进程的cpu环境，转入相应的中断处理程序进行处理，处理完成再恢复被中断进程的现场后，返回到被中断的进程。
硬件	执行I/O操作

I/O系统按照传输方式分类：

块设备接口：磁盘存储器和光盘存储器，虚拟存储系统。数据的存取和传输都是以数据块为单位的设备。传输速度快

流设备接口：又称字符设备接口，数据的存取和传输以字符为单位的设备。传输速度慢

网络通信接口：

设备控制器

I/O设备不是直接与cpu通信，而是通过设备控制器，通信包括三种通信信号：数据信号，控制信号，状态信号。

设备控制器的主要功能：控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换，接受cpu发来的命令，去控制I/O设备工作，使处理机能够从设备控制事务中解脱出来。

设备控制器的基本功能：

• 接收和识别命令
• 数据交换
• 标识和报告设备状态
• 地址识别
• 数据缓冲区
• 差错控制

I/O通道

cpu向通道发送一条I/O指令，通道收到I/O指令，便从内存中取出本次要执行的通道程序，然后执行该通道程序，仅当通道完成了规定的I/O任务之后，才向cpu发中断信号。