IO-software.md

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title: 『现代操作系统』IO软件原理
tags: [操作系统]
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date: 2018-06-16 20:57:27
categories:
- 操作系统
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- [IO软件目标](#io软件目标)
- [IO处理方式](#io处理方式)
- [IO软件层次](#io软件层次)
- [中断处理程序](#中断处理程序)
- [设备驱动程序](#设备驱动程序)
- [位置](#位置)
- [功能](#功能)
- [运行](#运行)
- [与设备无关的I/O软件](#与设备无关的io软件)
- [用户空间的IO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.