【软考】I/O系统的层次结构

1. 说明

• 1.设备管理软件的设计水平决定设备管理的效率。
• 2.设计I/O软件的主要目标是设备独立性和统一命名。
• 3.I/O软件独立于设备，可以提高设备管理软件的设计效率。
• 4.I/O设备管理软件一般分为4层：中断处理程序、设备驱动程序、与设备无关的系统软件和用户级软件。

2. 图示

3. 用户进程

• 1.用户进程是执行用户程序的进程。
• 2.当用户进程需要访问外部设备时，它会调用系统提供的API（应用程序接口）或系统调用。
• 3.用户进程不直接与硬件交互，而是通过操作系统内核的服务来完成这些操作。

4.设备无关软件

• 1.设备独立层
• 2.设备无关软件提供了用户进程与设备驱动程序之间的统一接口。
• 3.它隐藏了设备驱动的复杂性，使得用户进程可以使用统一的接口来访问不同类型的设备。
• 4.设备无关软件还负责设备命令的解释、设备保护、设备分配与释放等任务。
• 5.在某些上下文中，这一层也被称为设备虚拟层或设备抽象层。

5.设备驱动程序

• 1.设备驱动程序是设备硬件与操作系统内核之间的接口。
• 2.它负责控制和管理硬件设备，包括读取设备的状态、向设备发送命令、接收设备的中断等。
• 3.设备驱动程序知道如何与特定类型的设备硬件进行通信，并提供了与设备无关软件交互的接口。
• 4.设备驱动程序通常作为内核模块的一部分运行，并且针对每种设备类型都有特定的驱动程序。

6.中断处理程序

• 1.中断处理程序是操作系统内核中的一段代码，用于响应硬件中断。
• 2.当设备完成一个操作或发生错误时，它会向CPU发送一个中断信号。
• 3.CPU在接收到中断信号后，会保存当前进程的状态（包括CPU寄存器和内存中的信息），并跳转到中断处理程序。
• 4.中断处理程序会执行必要的操作，例如读取设备的数据、更新进程的状态等，并在处理完成后恢复被中断进程的执行。

7.交互过程

• 1.用户进程通过系统调用或API请求访问设备。
• 2.设备无关软件接收这些请求，并根据请求的类型和设备类型，将其转发给相应的设备驱动程序。
• 3.设备驱动程序控制和管理硬件设备，执行用户进程请求的操作，并在需要时发送中断信号给CPU。
• 4.CPU在接收到中断信号后，会暂停当前进程的执行，并跳转到相应的中断处理程序。
• 5.中断处理程序处理中断，执行必要的操作，并在完成后恢复被中断进程的执行。