现代操作系统I/O软件原理与层次结构

“现代操作系统课件：Chapter5-IOSoftware.ppt” 这篇课件主要探讨了现代操作系统中的输入/输出（I/O）软件方面，由ZhangYang在2012年秋季讲解。主要内容分为三个部分：I/O硬件原理、I/O软件原理以及I/O软件层。以下是详细的解释： 5.1 I/O硬件原理 1. I/O设备：分为两类，块设备和字符设备。块设备如硬盘、CD-ROM和USB存储设备，它们以固定大小的块来存储和访问信息，而不是字节或单个地址。字符设备如打印机、网络接口和鼠标，它们发送或接收字符流，不是按字节或块进行操作。 2. 设备控制器：每个I/O设备都有机械和电子两部分。电子部分，即设备控制器或适配器，负责控制设备的工作，可能支持多个设备，并且对于机械部件，可能存在多个控制器。控制器的主要任务包括将串行数据转换为并行数据，执行错误检测和纠正，以及管理设备的内部状态。 5.2 I/O软件原理 I/O软件的设计和实现是操作系统的重要组成部分，它负责协调硬件与应用程序之间的交互。这部分可能涵盖中断处理、设备驱动程序、缓冲区管理、错误处理和用户接口等。 5.3 I/O软件层 I/O软件通常分为多个层次，以提供更好的模块化和效率： 1. 用户空间的库函数：这些是应用程序直接调用的接口，如读写文件等。 2. 操作系统内核的系统调用接口：这是用户空间与内核空间交互的桥梁，负责将用户请求转换为内核操作。 3. 设备驱动程序：位于内核中，直接与硬件交互，执行实际的I/O操作。 4. 中断处理程序：当设备完成操作时，会触发中断，中断处理程序响应这些中断，更新设备状态并通知操作系统。 5. 总线驱动程序和系统固件：它们处理设备连接到计算机总线的方式，以及初始化和配置设备。 此外，课件可能还涉及内存映射I/O和直接内存访问（DMA）。内存映射I/O允许设备直接与内存交互，提高效率；而DMA则允许设备在不经过CPU的情况下直接读写内存，进一步提升I/O性能。 总结来说，本课件深入解析了操作系统如何与I/O设备交互，涵盖了从硬件层面的设备控制器，到软件层面的I/O软件架构，为理解操作系统如何高效管理输入/输出提供了全面的视角。