操作系统（第四版）-------设备管理
i/o系统的组成
包括： 需要用于输入、输出和存储信息的设备； 需要相应的设备控制器； 控制器与CPU连接的高速总线； 有的大中型计算机系统，配置I/O通道；
①用户层软件 实现与用户交互的接口，用户可直接调用在用户层提供的、与I/O操作有关的库函数，对设备进行操作。
②设备独立软件 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等，同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。
③设备驱动程序 与硬件直接相关，用于具体实现系统对设备发出的操作指令，驱动I/O设备工作的驱动程序。
④中断处理程序 用于保存被中断进程的CPU环境，转入相应的中断处理程序进行处理，处理完后再恢复被中断进程的现场后，返回到被中断进程。
1. I/O系统的基本功能及模型
1)主要功能： 隐藏物理设备细节，方便用户 用户使用抽象的I/O命令即可 实现设备无关性，方便用户 用户可用抽象的逻辑设备名来使用设备，同时也提高了OS的可移植性和易适应性。 提高处理机和设备的并行性，提高利用率：缓冲区管理 对I/O设备进行控制：控制方式、设备分配、设备处理 确保对设备正确共享：虚拟设备及设备独立性等 错误处理
2)I/O/系统的层次结构和模型
层次结构：系统中的设备管理模块分为若干个层次 层间操作：下层为上层提供服务，完成输入输出功能中的某些子功能，并屏蔽功能实现的细节。
在I/O系统与高层接口中，根据设备类型的不同，又进一步分为若干个接口。主要包括： 块设备接口 流设备接口 网络通信接口
块设备： 数据的存取和传输都是以数据块为单位的设备。基本特征是传输速率较高、可寻址。磁盘设备的I/O常采用DMA方式。
字符设备： 数据的存取和传输是以字符为单位的设备。如键盘、打印机等。基本特征是传输速率较低、不可寻址，常采用中断驱动方式。
按设备的共享属性分类： 独占：打印机 共享：一个时刻上仍然是只被一个进程占用。可寻址、可随机访问的色后备。磁盘。 虚拟：使一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供给若干用户“同时使用”。
设备控制器：
设备并不直接与CPU通信
计算机中的一个实体——“设备控制器”负责控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。
控制器是CPU与I/O设备之间的接口，作为中间人接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备工作，以使处理机脱离繁杂的设备控制事务。
i/o逻辑
通过一组控制线与处理机交互
CPU要启动一个设备时， 将启动命令发送给控制器； 同时通过地址线把地址发送给控制器 控制器的I/O逻辑对收到的地址和命令进行译码，再根据所译出的命令选择设备进行控制。
i/o通道
I/O通道设备的引入 设备控制器已大大减少CPU对I/O的干预 （如承担了选择设备，数据转换、缓冲等功能） 但当主机的外设很多时，CPU的负担仍然很重。 在CPU和设备控制器之间增设一个硬件机构：“通道” 设置通道后 CPU只需向通道发送一条I/O指令即可不再干预后续操作。 通道形成通道程序，执行I/O操作，完成后向CPU发中断信号。
主要目的： 建立更独立的I/O操作，解放CPU。
实际上I/O通道是一种特殊的处理机
通道类型
字节多路通道
数组选择通道
数组多路通道
增加设备到主机间的通路而不增加通道
中断在操作系统中有特殊而重要的地位，没有它就不可能实现多道程序。 中断是I/O系统最低的一层，也是设备管理的基础。
中断处理程序主要工作
①进行进程上下文的切换 ②对处理中断信号源进行测试 ③读取设备状态 ④修改进程状态
设备驱动程序是I/O系统的高层与设备控制器之间的通信程序