Operativsystem (OS) Hanterar inmatnings- och utgångsenheter (I/O) genom ett komplext samspel mellan hårdvaru- och mjukvarukomponenter. Målet är att tillhandahålla ett konsekvent och abstrakt gränssnitt till applikationer och skydda dem från de detaljerna på låg nivå för att interagera med specifik hårdvara. Här är en uppdelning:
1. Enhetsdrivare:
* Kärnan: Den mest avgörande komponenten är -enhetsdrivrutinen . Detta är en mjukvarumodul som är specifikt skriven för en viss I/O -enhet (t.ex. tangentbord, mus, hårddisk, skrivare, nätverkskort). Det fungerar som en översättare, förstår enhetens specifika kommandon och dataformat och omvandlar dem till en form som operativsystemet kan förstå och vice versa.
* Hårdvaruinteraktion: Föraren kommunicerar direkt med enhetens hårdvaruregister och styrenheter. Den hanterar uppgifter som att initialisera enheten, skicka kommandon, läsa data och hantera avbrott.
* Abstraktion: Förare abstraherar bort hårdvarus detaljer. Applikationer behöver inte veta de komplicerade detaljerna om hur en viss hårddisk fungerar; De begär bara data från en fil, och föraren hanterar interaktionen på låg nivå.
2. I/O Subsystem:
* Hantera förare: OS:s I/O -delsystem hanterar alla enhetsdrivare. Den hanterar laddningsförare vid behov, lossar dem när de inte längre används och löser konflikter.
* Resursallokering: Den tilldelar resurser (som avbrottslinjer, minnesadresser och DMA -kanaler) till förarna.
* avbrott: I/O -delsystemet hanterar avbrott som genereras av I/O -enheter. Dessa avbrott signalerar att enheten har slutfört en operation eller kräver uppmärksamhet (t.ex. en nyckelpress). Avbrottshanteraren bestämmer vilken förare som måste åberopas för att bearbeta händelsen.
* Direktminnesåtkomst (DMA): För höghastighetsenheter (som hårddiskar och nätverkskort) tillåter DMA enheten att överföra data direkt till eller från minnet utan att involvera CPU, frigöra CPU för andra uppgifter. I/O -delsystemet hanterar DMA -operationer.
3. I/O -schemaläggning:
* Rättvisa och effektivitet: OS använder I/O -schemaläggningsalgoritmer för att bestämma vilka I/O -begäranden för att betjäna först. Detta syftar till att balansera rättvisa (vilket ger alla enheter en chans) och effektivitet (minimerar väntetiderna).
* Prioritering: Vissa I/O -förfrågningar kan prioriteras framför andra (t.ex. en tangentbordsinmatning kan prioriteras framför en diskläsning).
4. Systemsamtal:
* Applikationsgränssnitt: Applikationer interagerar inte direkt med enhetsdrivrutiner. Istället använder de systemsamtal - förfrågningar till OS -kärnan - för att utföra I/O -operationer. Dessa systemsamtal är mycket abstrakta; Till exempel kan `läst ()" användas för att läsa data från en fil, ett nätverksuttag eller till och med ett tangentbord utan att applikationen behöver veta den underliggande enheten.
5. Buffering:
* Utjämningsdataflöde: OS använder buffertar för att tillfälligt lagra I/O -data. Detta jämnar ut skillnader i dataöverföringshastigheter mellan applikationen och enheten, vilket förhindrar dataförlust eller förseningar. Till exempel, om en applikation skriver data snabbare än en disk kan skriva den, lagras data i en buffert tills disken är klar.
Förenklat exempel:
Föreställ dig att en applikation vill skriva ut ett dokument. Applikationen ringer ett systemsamtal (t.ex. `print ()`). OS:s I/O -delsystem identifierar skrivaren, lokaliserar drivrutinen och skickar data till drivrutinen. Föraren översätter data till skrivarens språk och skickar dem till skrivaren via gränssnittet. Skrivaren signalerar slutförande via ett avbrott, som I/O -delsystemet och förarhandtaget. OS informerar sedan applikationen om att utskriften är klar.
I huvudsak fungerar OS som en mellanhand och ger ett konsekvent och hanterbart gränssnitt till ett stort antal olika I/O -enheter, vilket gör att applikationer kan interagera med dem på ett enhetligt och effektivt sätt.
