操作系统OperatingSystem

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1、操作系统 Operating System教学目的教学目的&通过对本章地讲解是学生理解并掌握设通过对本章地讲解是学生理解并掌握设备管理的功能、备管理的功能、I/O控制方式、缓冲区管控制方式、缓冲区管理、设备管理，以及磁盘存储管理。理、设备管理，以及磁盘存储管理。本章重点：本章重点：&输入输出控制方式输入输出控制方式&缓冲区的管理缓冲区的管理&设备分配和设备处理设备分配和设备处理&磁盘调度磁盘调度&虚拟设备虚拟设备本章难点：本章难点：&对通道的理解对通道的理解&Spooling技术。技术。第第5 5章章 I/OI/O系统系统 5.1 5.1 I/O系统概述5.2 I/O5.2 I/O软件的组成软

2、件的组成 5.3 Linux5.3 Linux输入输入/输出输出 5.4 5.4 Windows 2000Windows 2000输入输入/第第5 5章章 I/OI/O系统系统&1.1.基本概念基本概念&I/OI/O系统：系统：在操作系统中负责管理输入输出设备的部分在操作系统中负责管理输入输出设备的部分称为称为I/OI/O系统。系统。&I/OI/O系统的基本功能：系统的基本功能：是为数据传输选择输入输出设备；是为数据传输选择输入输出设备；在选定的输入输出设备和在选定的输入输出设备和CPUCPU（或主存）之间交换数据（或主存）之间交换数据。&操作系统内核通过操作系统内核通过设备驱动程序设备驱动程

3、序与外部设备进行交互。与外部设备进行交互。驱动程序是设备与内核其他部分之间的唯一接口。驱动程序是设备与内核其他部分之间的唯一接口。&文件系统是对设备操作的组织与抽象，而设备操作则是文件系统是对设备操作的组织与抽象，而设备操作则是对文件操作的最终实现。对文件操作的最终实现。第第5 5章章 I/OI/O系统系统&2.I/O2.I/O设备分类设备分类 按信息组织方式按信息组织方式字符设备（字符设备（character devicecharacter device）块设备（块设备（block deviceblock device）有结构，可寻址有结构，可寻址 按设备使用的可共享性按设备使用的可共享性

4、独占设备独占设备 共享设备共享设备 虚拟设备虚拟设备 时钟设备时钟设备 5.1 IO5.1 IO系统概述系统概述&5.1.1 I/O5.1.1 I/O体系结构体系结构&5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能&5.1.3 I/O5.1.3 I/O系统的实现系统的实现 5.1.1 I/O 5.1.1 I/O体系结构体系结构 在计算机系统中，数据信息是通过数据通道在在计算机系统中，数据信息是通过数据通道在CPUCPU、RAM RAM 和和I/OI/O设备之间流动的。这些数据通道又称设备之间流动的。这些数据通道又称为总线。为总线。总线 数据总线：指用来并行传送数据的一组线。数据总线：

5、指用来并行传送数据的一组线。地址总线：指用来并行传送地址的一组线。地址总线：指用来并行传送地址的一组线。控制总线：指用来并行传送控制信息的一组线。控制总线：指用来并行传送控制信息的一组线。1.总线I/OI/O总线是用来连接总线是用来连接CPUCPU和和I/OI/O设备的总线。每个设备的总线。每个I/OI/O设备都依设备都依次连接到次连接到I/OI/O总线上，总线上，这种连接使用了有这种连接使用了有3 3个元素的硬件构个元素的硬件构件层次：件层次：I/OI/O端口、端口、I/OI/O接口和设备控制器。接口和设备控制器。5.1.1 I/O 5.1.1 I/O体系结构体系结构CPUCPUI/OI/O

6、总线总线I/OI/O端口端口I/OI/O接口接口I/OI/O控制器控制器I/OI/O端口端口I/OI/O设备设备图图5-1 PC5-1 PC的的I/OI/O体系结构体系结构2.I/O 总线 (1)I/O(1)I/O端口端口（I/O port),I/O port),即为连接到即为连接到I/OI/O总线上的设备的总线上的设备的I/OI/O地址地址。例例IBM PC IBM PC 体系结构中的体系结构中的I/OI/O地址空间，一共有地址空间，一共有6553665536个个8 8位的位的I/OI/O端口。端口。CPUCPU在执行指令时，使用地址总线选择所请在执行指令时，使用地址总线选择所请求的求的I/

7、OI/O端口，使用数据总线在端口，使用数据总线在CPUCPU寄存器和寄存器和I/OI/O端口之间传送端口之间传送数据。数据。若若I/OI/O端口能被映射到内存物理地址空间，端口能被映射到内存物理地址空间，CPUCPU和和I/OI/O设设备之间的通信就可以通过使用对内存进行操作的汇编语言指备之间的通信就可以通过使用对内存进行操作的汇编语言指令（如，令（如，movmov、andand、oror等等）来实现。等等）来实现。现代的硬件设备倾向现代的硬件设备倾向于把于把I/OI/O端口映射到内存物理地址空间。端口映射到内存物理地址空间。为了实现起来方便，为了实现起来方便，操作系统设计者把每个设备的操作系

8、统设计者把每个设备的I/OI/O端口都组端口都组织成一组专用寄存器：织成一组专用寄存器：控制寄存器、状态寄存器、输入寄存控制寄存器、状态寄存器、输入寄存器、输出寄存器。器、输出寄存器。5.1.1 I/O 5.1.1 I/O体系结构体系结构 5.1.1 I/O 5.1.1 I/O体系结构体系结构 (2)I/O(2)I/O接接口口起起翻翻译译器器的的作作用用：把把I/OI/O端端口口中中的的值值转转换换成成设设备备所所需需要要的的命命令令和和数数据据；检检测测设设备备状状态态的的变变化化，并并对对设设备备状状态态寄寄存存器器（某某一一I/OI/O端端口口）进进行行相相应应地地更更新新。I/OI/O

9、接接口口通通过过一一条条IRQIRQ线线连连接接到到可可编编程程中中断断控控制制器器上上，以以使使它它代代表表相相应应的的设设备备发发出出中中断断请请求求。有有两两种种类类型型的的接接口口：专专用用I/OI/O接接口口和和通通用用I/OI/O接口。接口。专专用用I/OI/O接接口口:专专用用于于特特定定的的硬硬件件设设备备。有有时时专专用用I/OI/O接口与设备控制器处于同一块卡中。接口与设备控制器处于同一块卡中。通通用用I/OI/O接接口口:是是用用于于连连接接外外部部设设备备的的。并并口口可可用用于于连连接接打打印印机机、可可移移动动磁磁盘盘、扫扫描描仪仪、备备份份设设备备、其其他他计计算

10、算机机等等等。等。5.1.1 I/O 5.1.1 I/O体系结构体系结构 (3)(3)设备控制器的主要作用：设备控制器的主要作用：对从对从I/OI/O接口接收到的高级命接口接收到的高级命令进行解释，并通过向设备发送适当的电信号序列强制设令进行解释，并通过向设备发送适当的电信号序列强制设备执行特定的操作；对从设备接收到的电信号进行转换和备执行特定的操作；对从设备接收到的电信号进行转换和适当地解释，并通过适当地解释，并通过I/OI/O接口修改状态寄存器的值。接口修改状态寄存器的值。复杂的复杂的设备设备通常需要设备控制器来驱动，而通常需要设备控制器来驱动，而较简单的设备较简单的设备可以没可以没有设备

11、控制器，如可编程中断控制器、可编程间隔定时器。有设备控制器，如可编程中断控制器、可编程间隔定时器。所有的所有的PC机都包含机都包含DMAC（Direct Memory Access Controller）辅助处理器。）辅助处理器。DMA（直接内存访问）作为一（直接内存访问）作为一种输入输出方式，主要用来连接高速外围设备，如磁盘、种输入输出方式，主要用来连接高速外围设备，如磁盘、磁带等，控制数据在磁带等，控制数据在RAM和和I/O设备之间传送。设备之间传送。5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能&1.1.概述概述 在计算机系统中，在计算机系统中，I/OI/O设备是人机对话的界面

12、和设备是人机对话的界面和接口接口，而计算机系统的，而计算机系统的I/OI/O设备种类繁多，千差万别。设备种类繁多，千差万别。另外，另外，CPUCPU性能高，而性能高，而I/OI/O设备性能低，属于低速设设备性能低，属于低速设备，因此备，因此I/OI/O设备的性能常常成为系统性能的瓶颈。设备的性能常常成为系统性能的瓶颈。用户对用户对I/OI/O设备的使用要求是方便、高效、安全设备的使用要求是方便、高效、安全和正确。和正确。I/OI/O系统的功能也就应该在计算机硬件结构系统的功能也就应该在计算机硬件结构提供的既定设备范围及其连接模式下，完成用户对提供的既定设备范围及其连接模式下，完成用户对I/OI

13、/O设备的使用要求。设备的使用要求。5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能&2.I/O2.I/O系统的功能系统的功能(1)(1)方方便便性性：为为了了让让用用户户能能方方便便使使用用I/OI/O设设备备，提提供供简简便便易易用用的的对对逻逻辑辑设设备备进进行行逻逻辑辑操操作作的的抽抽象象接接口口；实实现现抽抽象象接接口口到到物物理理接接口口的的转转化化，即即将将高高级级逻逻辑辑操操作作转转化为低级物理操作。化为低级物理操作。抽抽象象接接口口除除了了掩掩蔽蔽硬硬件件细细节节外外还还要要掩掩蔽蔽依依赖赖于于硬硬件件的的软软件件技术细节。技术细节。设设备备抽抽象象接接口口是是由由设

14、设备备管管理理功功能能接接口口和和文文件件系系统统功功能能接接口口共共同同提提供供的的，更更准准确确地地说说，设设备备抽抽象象接接口口包包含含在在文文件系统统一接口中。件系统统一接口中。5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能抽象接口使广义的设备独立性成为可能，抽象接口使广义的设备独立性成为可能，向用户展示一个大向用户展示一个大大简化了的计算环境观点，同时，抽象接口也是提高效大简化了的计算环境观点，同时，抽象接口也是提高效率技术的前提。率技术的前提。广义的广义的I/OI/O设备独立性是指整个设备管理功能的抽象接口设备独立性是指整个设备管理功能的抽象接口，程序不关心物理设备的操作

15、和组织细节，而只看到具有程序不关心物理设备的操作和组织细节，而只看到具有逻辑名称和逻辑性质的逻辑设备和逻辑操作，不关心具逻辑名称和逻辑性质的逻辑设备和逻辑操作，不关心具体体I/OI/O设备是哪一个具体设备或是哪一个文件，设备改设备是哪一个具体设备或是哪一个文件，设备改变而程序不变，不必修改，也不必重新编译。用户不必变而程序不变，不必修改，也不必重新编译。用户不必关心设备的改变，这一事实所带来的问题应该由操作系关心设备的改变，这一事实所带来的问题应该由操作系统来管理。统来管理。所使用的设备的变化对程序是透明的。所使用的设备的变化对程序是透明的。块设块设备的设备独立性是由文件系统的文件目录概念提供

16、的。备的设备独立性是由文件系统的文件目录概念提供的。(2)(2)效效率率：非非系系统统用用户户关关心心其其程程序序的的运运行行效效率率，系系统统用用户户关关心心系系统统的的利利用用率率；非非系系统统用用户户不不希希望望程程序序等等待待设设备备，系系统用户不希望设备等待程序。统用户不希望设备等待程序。在在现现代代操操作作系系统统中中，已已引引入入了了大大量量的的技技术术以以提提高高设设备备与与CPUCPU的的效效率率，例例如如中中断断、缓缓冲冲、DMADMA、通通道道等等。因因此此，操操作作系系统统设设备备管管理理的的一一个个主主要要功功能能是是采采用用各各种种纯纯软软件件或或与与硬硬件件配配合

17、合的的软软件件技技术术来来提提高高设设备备效效率率和和与与此此相相关关的的系系统统效效率率，提提供供物物理理I/O设设备备的的共共享享并并优优化化这这些些设设备备的的使使用用，同同时时借借助助抽抽象象接接口口使使得得这这些些优优化化技技术术得得以以在在内内部部实实施施而而对对用用户透明。户透明。5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能(3)(3)保护保护:用户希望能安全正确地使用设备，即希望由用户希望能安全正确地使用设备，即希望由设备传送或管理的数据应该是安全的，不被破坏和设备传送或管理的数据应该是安全的，不被破坏和泄密。泄密。另外，对设备拥有所有权的用户希望设备另外，对设备拥

18、有所有权的用户希望设备不能被破坏。不能被破坏。系统如何阻止用户访问他们无权访问的设备呢？系统如何阻止用户访问他们无权访问的设备呢？微微机系统多半不设保护，任何进程能做它想做的任何机系统多半不设保护，任何进程能做它想做的任何事情。在大多数主机系统中，用户进程对事情。在大多数主机系统中，用户进程对I/OI/O设备设备的访问完全被禁止。在的访问完全被禁止。在UNIXUNIX系统中，对应于系统中，对应于I/OI/O设设备的特别文件受一般的备的特别文件受一般的rwxrwx位保护。系统管理员据位保护。系统管理员据此为每台设备确定适当的授权。此为每台设备确定适当的授权。5.1.2 I/O5.1.2 I/O系

19、统的功能系统的功能&2.2.设备管理技术：设备管理技术：(1)(1)输入输入/输出控制方式输出控制方式计算机系统对计算机系统对I/OI/O设备的控制方式有：设备的控制方式有：程序轮询方式程序轮询方式程序中断方式程序中断方式DMADMA（直接存储器访问）控制方式（直接存储器访问）控制方式通道控制方式。通道控制方式。【输入输入/输出控制输出控制-程序直接控制方式程序直接控制方式】&程程序序直直接接控控制制方方式式是是指指由由程程序序直直接接控控制制内内存存或或CPUCPU和和外外围围设设备备之之间间进进行行信信息息传传送送的的方方式式。通通常常又又称称为为“忙忙等等”方方式式或或循循环测试方式。环

20、测试方式。&在在数数据据传传送送过过程程中中，必必不不可可少少的的一一个个硬硬件件设设备备是是I/OI/O控控制制器器，它它是是操操作作系系统统软软件件和和硬硬件件设设备备之之间间的的接接口口，它它接接收收CPUCPU的的命命令令，并控制并控制I/OI/O设备进行实际的操作。设备进行实际的操作。CPUCPU执行执行A A进程进程外设外设I/OI/O控制器控制器发命令发命令传数据传数据程序直接控制方式下输出数据时的工作过程。程序直接控制方式下输出数据时的工作过程。&把把一一个个启启动动位位为为“1”“1”的的控控制制字字写写入入该该设设备备的控制状态寄存器。的控制状态寄存器。&将需输出数据送到数

21、据缓冲寄存器。将需输出数据送到数据缓冲寄存器。&测测试试控控制制状状态态寄寄存存中中的的“完完成成位位”，若若为为0 0，转转 ，否则转，否则转。&输输出出设设备备将将数数据据缓缓冲冲寄寄存存器器中中的的数数据据取取走走进进行实际的输出。行实际的输出。程序直接控制方式优缺点程序直接控制方式优缺点 在在程程序序I/OI/O方方式式中中，由由于于CPUCPU的的高高速速性性和和I/OI/O设设备备的的低低速速性性，致致使使CPUCPU的的绝绝大大部部分分时时间间都都处处于于等等待待I/OI/O设设备备完完成成数数据据I/OI/O的的循循环环测测试试中中，造造成成对对CPUCPU的的极极大浪费。大浪

22、费。该方式优点：简单，易于理解。该方式优点：简单，易于理解。【输入输入/输出控制输出控制-中断控制方式中断控制方式】&（1 1）进进程程需需要要数数据据时时，将将允允许许启启动动和和允允许许中中断断的的控控制制字字写入设备控制状态寄存器中，启动该设备进行输入操作。写入设备控制状态寄存器中，启动该设备进行输入操作。&（2 2）该该进进程程放放弃弃处处理理机机，等等待待输输入入的的完完成成。操操作作系系统统进进程调度程序调度其他就绪进程占用处理机。程调度程序调度其他就绪进程占用处理机。&（3 3）当当输输入入完完成成时时，输输入入设设备备通通过过中中断断请请求求线线向向CPUCPU发发出出中中断断

23、请请求求信信号号。CPUCPU在在接接收收到到中中断断信信号号之之后后，转转向向中中断断处处理程序。理程序。&（4 4）中中断断处处理理程程序序首首先先保保护护现现场场，然然后后把把输输入入缓缓冲冲寄寄存存器器中中的的数数据据传传送送到到某某一一特特定定单单元元中中去去，同同时时将将等等待待输输入入完完成成的的那那个个进进程程唤唤醒醒，进进入入就就绪绪状状态态，最最后后恢恢复复现现场场，并并返返回到被中断的进程继续执行。回到被中断的进程继续执行。&（5 5）在在以以后后的的某某一一时时刻刻，操操作作系系统统进进程程调调度度程程序序选选中中提提出出的的请请求求并并得得到到获获取取数数据据的的进进

24、程程，该该进进程程从从约约定定的的内内存存特特定单元中取出数据继续工作。定单元中取出数据继续工作。在在I/OI/O设设备备输输入入每每个个数数据据的的过过程程中中，由由于于无无须须CPUCPU干干预预，因因而而可可使使CPUCPU与与I/OI/O设设备备并并行行工工作作。仅仅当当输输完完一一个个数数据据时时，才才需需CPUCPU花花费费极极短短的的时时间间去去做做些些中中断断处处理理。可可见见，这这样样可可使使CPUCPU和和I/OI/O设设备备都都处处于于忙忙碌碌状状态态，从从而而提提高高了了整整个个系系统统的的资资源源利利用用率及吞吐量。率及吞吐量。例例如如，从从终终端端输输入入一一个个字

25、字符符的的时时间间约约为为100 100 msms，而而将将字字符符送送入入终终端端缓缓冲冲区区的的时时间间小小于于 0.1 0.1 msms。若若采采用用程程序序I/OI/O方方式式，CPUCPU约约有有 99.9 99.9 msms的的时时间间处处于于忙忙等等待待中中。采采用用中中断断驱驱动动方方式式后后，CPUCPU可可利利用用这这 99.9 99.9 msms的的时时间间去去做做其其它它事事情情，而而仅仅用用 0.1 0.1 msms的的时时间间来来处处理理由由控控制制器器发发来来的的中中断断请请求求。可可见见，中中断断驱动方式可以成百倍地提高驱动方式可以成百倍地提高CPUCPU的利用

26、率。的利用率。&DMADMA方方式式又又称称直直接接存存储储器器访访问问（Direct Direct Memory Memory AccessAccess）方方式式。其其基基本本思思想想是是在在外外设设和和主主存存之之间间开开辟辟直直接接的的数数据据交交换通路。换通路。DMADMA方式的特点是：方式的特点是：&（1 1）数据传送的基本单位是数据块。）数据传送的基本单位是数据块。&（2 2）所传送的数据是从设备送内存，或者相反。）所传送的数据是从设备送内存，或者相反。&（3 3）仅仅在在传传送送一一个个或或多多个个数数据据块块的的开开始始和和结结束束时时，才才需需中中断断CPUCPU，请请求求干

27、干预预，整整块块数数据据的的传传送送是是在在DMADMA控控制制器器控控制制下下完成的。完成的。&可可见见，DMADMA方方式式较较之之中中断断驱驱动动方方式式，又又是是成成百百倍倍地地减减少少了了CPUCPU对对I/OI/O的的干干预预，进进一一步步提提高高了了CPUCPU与与I/OI/O设设备备的的并并行行操操作作程度。程度。【输入输入/输出控制输出控制-DMA方式方式】图图5.1 DMA控制器与其他部件的关系控制器与其他部件的关系DMA控制器的组成控制器的组成 图 5-8 DMA控制器的组成 为为了了实实现现在在主主机机与与控控制制器器之之间间成成块块数数据据的的直直接接交交换换，必必须

28、须在在DMADMA控制器中设置如下四类寄存器：控制器中设置如下四类寄存器：(1)(1)命命令令/状状态态寄寄存存器器CRCR。用用于于接接收收从从CPUCPU发发来来的的I/OI/O命命令令或或有关控制信息，有关控制信息，或设备的状态。或设备的状态。(2)(2)内内存存地地址址寄寄存存器器MARMAR。在在输输入入时时，它它存存放放把把数数据据从从设设备备传传送送到到内内存存的的起起始始目目标标地地址址；在在输输出出时时，它它存存放放由由内内存存到到设设备备的内存源地址。的内存源地址。(3)(3)数数据据寄寄存存器器DRDR。用用于于暂暂存存从从设设备备到到内内存存，或或从从内内存存到到设备的

29、数据。设备的数据。(4)(4)数据计数器数据计数器DCDC。存放本次存放本次CPUCPU要读或写的字要读或写的字(节节)数。数。DMA工作过程工作过程 图 5-9 DMA方式的工作流程【输入输入/输出控制输出控制-通道控制方式通道控制方式】I/OI/O通通道道方方式式是是DMADMA方方式式的的发发展展，它它可可进进一一步步减减少少CPUCPU的的干干预预，即即把把对对一一个个数数据据块块的的读读(或或写写)为为单单位位的的干干预预，减减少少为为对对一一组组数数据据块块的的读读(或或写写)及及有有关关的的控控制制和和管管理理为为单单位位的的干干预预。同同时时，又又可可实实现现CPUCPU、通通

30、道道和和I/OI/O设设备备三三者者的的并并行行操操作作，从从而而更更有效地提高整个系统的资源利用率。有效地提高整个系统的资源利用率。例例如如，当当CPUCPU要要完完成成一一组组相相关关的的读读(或或写写)操操作作及及有有关关控控制制时时，只只需需向向I/OI/O通通道道发发送送一一条条I/OI/O指指令令，以以给给出出其其所所要要执执行行的的通通道道程程序序的的首首址址和和要要访访问问的的I/OI/O设设备备，通通道道接接到到该该指指令令后后，通通过过执行通道程序便可完成执行通道程序便可完成CPUCPU指定的指定的I/OI/O任务。任务。&通道是专门负责输入通道是专门负责输入/输出的硬件输

31、出的硬件I/O处理器处理器图图5.2 通道方式的数据传送结构通道方式的数据传送结构通道控制方式的数据传输过程如下：通道控制方式的数据传输过程如下：（1 1）当当进进程程要要求求设设备备输输入入时时，CPUCPU发发指指令令指指明明I/OI/O操操作作、设设备备号号和对应通道。和对应通道。（2 2）对对应应通通道道收收到到CPUCPU发发来来的的启启动动指指令令后后，读读出出内内存存中中的的通通道道指令程序、设置对应设备的控制状态寄存器的初值。指令程序、设置对应设备的控制状态寄存器的初值。（3 3）设备按通道指令的要求，把数据送往内存指定区域。）设备按通道指令的要求，把数据送往内存指定区域。（4

32、 4）若若传传送送结结束束，I/OI/O控控制制器器通通过过中中断断请请求求线线发发中中断断信信号号请请求求CPUCPU做中断处理。做中断处理。（5 5）中断处理结束后，）中断处理结束后，CPUCPU返回到被中断进程处继续执行。返回到被中断进程处继续执行。（6 6）当当进进程程调调度度程程序序选选中中这这个个已已得得到到数数据据的的进进程程后后，才才能能进进行行加工处理加工处理。5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能&(2)(2)缓冲技术缓冲技术&在在现现代代OSOS中中，几几乎乎所所有有的的I/OI/O设设备备在在与与处处理理机机（内内存存）交交换换数数据据时时，都都使使用

33、用了了缓缓冲冲区区。缓缓冲冲就就是是在在通通信信问问题题中中为为了了通通信信双双方方的的速速度度匹匹配配而而引引入入的的一一个个中中间间层层次次，这这个个层层次次的的速速度度比比通通信信双方中较慢的一方快，而与较快的一方更匹配。双方中较慢的一方快，而与较快的一方更匹配。&引入缓冲的主要目的有以下几点。引入缓冲的主要目的有以下几点。&缓和处理机和缓和处理机和I/OI/O设备间速度不匹配的矛盾设备间速度不匹配的矛盾&减少对减少对CPUCPU的中断次数的中断次数&提高提高CPUCPU和和I/OI/O设备之间的并行性设备之间的并行性5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能纯硬件缓冲区纯

34、硬件缓冲区软件缓冲区软件缓冲区单缓冲单缓冲双缓冲双缓冲循环缓冲循环缓冲缓冲池缓冲池缓冲区缓冲区实现实现CacheCache设备缓冲区设备缓冲区I/OI/O缓冲缓冲区个数区个数&按照缓冲所在的位置分，缓冲区可分为：按照缓冲所在的位置分，缓冲区可分为：CACHECACHE；I/OI/O设备或控制器内部的纯硬件缓冲区，如打印设备或控制器内部的纯硬件缓冲区，如打印机内部的硬件缓冲区；机内部的硬件缓冲区；I/OI/O在内存开设的缓冲区，如在内存开设的缓冲区，如OSOS在内存开设的在内存开设的I/OI/O缓冲区和文缓冲区和文件系统缓冲区；件系统缓冲区；脱机与假脱机技术实质上也属于缓冲技术，它是为慢速脱机与

35、假脱机技术实质上也属于缓冲技术，它是为慢速I/OI/O设备在外存开设的缓冲区。设备在外存开设的缓冲区。缓冲区分类：缓冲区分类：缓冲技术缓冲技术-单缓冲单缓冲&单单缓缓冲冲是是操操作作系系统统提提供供的的最最简简单单的的一一种种缓缓冲冲形形式式。单单缓缓冲冲是是指指在在设设备备和和处处理理机机之之间间设设置置一一个个缓缓冲冲。设设备备和和处处理理机机交交换换数数据据时时，先先把把被被交交换换数数据据写写入入缓缓冲冲区区，之之后后需需要要数数据据的的设设备备或或处处理理机机再再从从缓缓冲冲区区取取走走数数据据。设设备备和和处处理理机机对对缓缓冲冲区区的的操操作作是串行的。是串行的。单缓冲工作示意如

36、下图 缓冲技术缓冲技术-双缓冲双缓冲&双缓冲方式和单缓冲方式相比，双缓冲方式和单缓冲方式相比，虽然双缓冲方式虽然双缓冲方式能进一步提高能进一步提高CPUCPU和外设的并行程度，并能使输入和外设的并行程度，并能使输入设备和输出设备并行工作，设备和输出设备并行工作，但是在实际系统中很少但是在实际系统中很少采用这一方式，这是因为在计算机系统中的外设很采用这一方式，这是因为在计算机系统中的外设很多，又有大量的输入和输出，同时双缓冲很难匹配多，又有大量的输入和输出，同时双缓冲很难匹配设备和设备和CPUCPU的处理速度。因此现代计算机系统中一的处理速度。因此现代计算机系统中一般使用环形缓冲或缓冲池结构。般

37、使用环形缓冲或缓冲池结构。双缓冲双缓冲是指在应用程序进程发出是指在应用程序进程发出I/OI/O请求时，在内请求时，在内存为之分配两个缓冲区，以便加快存为之分配两个缓冲区，以便加快I/OI/O速度并提速度并提高设备利用率。高设备利用率。图 5-12 双缓冲工作示意图 缓冲技术缓冲技术-环形缓冲环形缓冲循环缓冲是指引入多个缓冲区并将之组织成环形。循环缓冲是指引入多个缓冲区并将之组织成环形。用作输入用作输入的循环缓冲，输入进程不断地向环形缓冲中的下一个空缓的循环缓冲，输入进程不断地向环形缓冲中的下一个空缓冲输入数据，计算进程不断地从中取走数据并计算。循环冲输入数据，计算进程不断地从中取走数据并计算。

38、循环缓冲也仅适用于某个特定的输入输出进程和计算进程，属缓冲也仅适用于某个特定的输入输出进程和计算进程，属于专用缓冲。于专用缓冲。图图5.3 环形缓冲区结构环形缓冲区结构缓冲技术缓冲技术-缓冲池缓冲池&现代的操作系统通常将多个缓冲区组织成现代的操作系统通常将多个缓冲区组织成缓缓冲池冲池，供多个进程在，供多个进程在I/OI/O操作时共享，以提高操作时共享，以提高缓冲区的利用率。缓冲区的利用率。在缓冲池中，可能有的缓冲在缓冲池中，可能有的缓冲区为空，有的缓冲区装满输入数据，有的缓冲区为空，有的缓冲区装满输入数据，有的缓冲区装满输出数据。区装满输出数据。为了便于管理，操作系统内为了便于管理，操作系统内

39、核可将相同类型的缓冲区链接在一起，从而形核可将相同类型的缓冲区链接在一起，从而形成多个缓冲队列成多个缓冲队列 。图图5.4 缓冲区队列缓冲区缓冲区队列缓冲区缓冲池的组成缓冲池的组成空闲缓冲区、装输入数据的缓冲区和装输出数空闲缓冲区、装输入数据的缓冲区和装输出数据的缓冲区。据的缓冲区。图图5.5 缓冲池的缓冲池的工作缓冲区工作缓冲区&缓冲池的工作方式缓冲池的工作方式&缓冲区可以在收容输入、提取输入、收容输出和提取缓冲区可以在收容输入、提取输入、收容输出和提取输出四种方式下工作。输出四种方式下工作。图图4-4 Getbuf4-4 Getbuf与与PutbufPutbuf流程图流程图5.1.2 I/

40、O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能 (3)(3)设备分配技术设备分配技术设备依据使用特性可分为共享设备技术、独占设备技术和虚设备依据使用特性可分为共享设备技术、独占设备技术和虚拟设备技术。共享设备技术适用于可共享设备，独占设备技拟设备技术。共享设备技术适用于可共享设备，独占设备技术适用于可共享设备和独占设备，虚拟设备技术适用于独占术适用于可共享设备和独占设备，虚拟设备技术适用于独占设备。具体内容如下：设备。具体内容如下：独独占占设设备备技技术术：对对独独享享设设备备，系系统统一一般般采采用用静静态态分分配配方方式式。即即在在一一个个作作业业执执行行前前，将将它它所所需需要要使使用用的的这

41、这类类设设备备分分配配给它，当作业结束撤离时，才将分配给它的独享设备收回。给它，当作业结束撤离时，才将分配给它的独享设备收回。独独占占设设备备每每次次只只能能分分配配给给一一个个进进程程使使用用，这这种种使使用用特特性性隐隐含含着着死死锁锁的的必必要要条条件件，所所以以在在考考虑虑独独占占设设备备的的分分配配时时，一一定要结合有关防止和避免死锁的安全算法。定要结合有关防止和避免死锁的安全算法。共享设备技术：共享设备技术：对共享设备的分配一般采用动态对共享设备的分配一般采用动态分配这一方式分配这一方式 。在解决设备与在解决设备与CPUCPU的速度匹配问题上，为了使设的速度匹配问题上，为了使设备和

42、备和CPUCPU的利用率达到最大程度，系统希望根据的利用率达到最大程度，系统希望根据每个设备的特征来全局调度设备的操作。每个设备的特征来全局调度设备的操作。5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能&常见的设备分配方法有两种。常见的设备分配方法有两种。&1.先来先服务&2.优先级高者优先5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能虚虚拟拟设设备备技技术术:系系统统中中的的独独占占设设备备是是有有限限的的，往往往往不不能能满满足足诸诸多多进进程程的的要要求求，会会引引起起大大量量进进程程由由于于等等待待某某些些独独占占设设备备而而阻阻塞塞。另另一一方方面面，申申请请到到

43、独独占占设设备备的的进进程程在在其其整整个个运运行行期期间间虽虽然然占占有有设设备备，利利用用率率却却常常常常很很低低，设设备备经经常常处处于于空空闲闲状状态态。解解决决的的办办法法，就就是是用用共共享享设设备备操操作作来来模模拟拟独独占占设设备备的的操操作作，以以提提高高系系统统效效率率和和设设备备利利用用率率。这这种种技技术术就就称称为为虚虚拟拟设设备备技技术术，实实现现这这一一技技术术的的软软、硬硬件件系系统统被被称称为为假假脱脱机机（Simultaneous Simultaneous Peripheral Peripheral Operation Operation On On Lin

44、e,SPOOLLine,SPOOL）系统，又叫）系统，又叫SPOOLingSPOOLing系统系统.脱机输入输出技术脱机输入输出技术&为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾，50年代末出现了该技术。&事先将装有用户程序和数据的纸带(卡片)装入纸带输入机，在一台外围机的控制下把纸带上的数据(程序)输入到磁带上。当CPU需要这些数据时再从磁带上高速的调入内存。&类似的，当CPU需要输出时可由CPU直接高速的把数据从内存送到磁带上，然后再在另一台外围机的控制下，将磁带上的结果通过相应的输出设备输出。输入设备输入设备外围机外围机磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘外围机外围机主机主机磁盘磁盘输出设

45、备输出设备由于程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成的，由于程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成的，或者说他们是在脱离主机的情况下进行的，所以称为脱机输入或者说他们是在脱离主机的情况下进行的，所以称为脱机输入输出方式。输出方式。脱机脱机I/O示意图示意图SPOOLingSPOOLing系统的组成：系统的组成：&（1）输入井和输出井：）输入井和输出井：&这是在磁盘上开辟出来的两个存储区域。这是在磁盘上开辟出来的两个存储区域。&输输入入井井模模拟拟脱脱机机输输入入时时的的磁磁盘盘，用用于于收收容容I/O设设备备输输入入的的数数据据。输输出出井井模模拟拟脱脱机机输输出出时时的的磁磁

46、盘盘，用用于于收收容容用用户户程序的输出数据程序的输出数据。&（2）输入缓冲区和输出缓冲区）输入缓冲区和输出缓冲区：&这是在内存中开辟的两个缓冲取区。这是在内存中开辟的两个缓冲取区。&输输入入缓缓冲冲区区用用于于暂暂存存由由输输入入设设备备送送来来的的数数据据，以以后后再再传传送送到到输输入入井井。输输出出缓缓冲冲区区用用于于暂暂存存从从输输出出井井送送来来的的数数据据，以后再传送到输出设备。以后再传送到输出设备。&（3）输入进程和输出进程：）输入进程和输出进程：&输入进程模拟脱机输入时的外围控制机，输入进程模拟脱机输入时的外围控制机，将用户要将用户要求的数据从输入机通过输入缓冲区再送到输入井

47、。求的数据从输入机通过输入缓冲区再送到输入井。当当CPU需要输入数据时，直接从输入井读如内存。需要输入数据时，直接从输入井读如内存。输出进程模拟脱机输出时的外围控制机，输出进程模拟脱机输出时的外围控制机，把用户要把用户要求输出的数据，先从内存送到输入井，待输出设备求输出的数据，先从内存送到输入井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据经过输出缓冲区送到空闲时，再将输出井中的数据经过输出缓冲区送到输出设备上。输出设备上。(4)(4)请求打印队列请求打印队列这是由若干张请求打印表所形成的队列，系统为每个请求打印这是由若干张请求打印表所形成的队列，系统为每个请求打印的进程建立一张请求打印表。的进程建立

48、一张请求打印表。5.1.2 I/O5.1.2 I/O系统的功能系统的功能 SPOOLingSPOOLing系统的组成如图系统的组成如图5-35-3所示所示。该系统必须有高速块设。该系统必须有高速块设备的支持，该高速块设备通常是指磁盘。备的支持，该高速块设备通常是指磁盘。SPOOLingSPOOLing技术需要在技术需要在磁盘上开辟两个大的存储空间，分别用作输入井和输出井。输磁盘上开辟两个大的存储空间，分别用作输入井和输出井。输入井模拟脱机输入时的磁盘，收容从输入设备输入的数据。入井模拟脱机输入时的磁盘，收容从输入设备输入的数据。内存内存输入进输入进程程输出进输出进程程输入缓冲输入缓冲区区输出缓

49、冲输出缓冲区区磁盘磁盘输入井输入井输出井输出井输入设备输入设备输出设备输出设备图图5-3 SPOOLing5-3 SPOOLing系统的组成系统的组成5.1.3 I/O5.1.3 I/O系统的实现系统的实现OS 1.1.设备分配设备分配 在计算机系统中，在计算机系统中，I/OI/O设备的数量是有限的。在多道程设备的数量是有限的。在多道程序环境中，用户不能自行使用系统中的设备。进程首先需序环境中，用户不能自行使用系统中的设备。进程首先需要向设备管理程序提出申请，然后由设备分配程序按照一要向设备管理程序提出申请，然后由设备分配程序按照一定的分配算法给进程分配必要的资源。如果进程的申请没定的分配算法

50、给进程分配必要的资源。如果进程的申请没有成功，就要在资源的等待队列中排队等待，直到获得所有成功，就要在资源的等待队列中排队等待，直到获得所需的资源。需的资源。（1 1）设备管理的数据结构）设备管理的数据结构:操作系统为了实现对设备的操作系统为了实现对设备的管理和分配，需要对每台设备的情况进行登记，即对所管管理和分配，需要对每台设备的情况进行登记，即对所管理的对象建立相应的数据结构，如设备控制表（理的对象建立相应的数据结构，如设备控制表（DCTDCT）、控）、控制器控制表（制器控制表（COCTCOCT）、通道控制表（）、通道控制表（CHCTCHCT）和系统设备表）和系统设备表（SDTSDT）。图

51、）。图5-45-4给出了这些表的数据结构。给出了这些表的数据结构。5.1.3 I/O5.1.3 I/O系统的实现系统的实现图图5-4 5-4 设备管理的数据结构设备管理的数据结构SDTSDT表项表项1 1表项表项i i设备类型设备类型设备标识设备标识获得设备进程获得设备进程DCTDCT指针指针DCTDCT设备类型设备类型设备状态设备状态COCTCOCT指针指针设备等待队列设备等待队列COCTCOCT控制器标识控制器标识控制器状态控制器状态CHCTCHCT指针指针控制器等待队列控制器等待队列CHCTCHCT通道标识通道标识通道状态通道状态COCTCOCT指针指针通道等待队列通道等待队列设备、控制

52、器、通道的等待队列是由等待分配资源的进程控制块组成的，其组织方式可以按照先来先服（FCFS）的顺序，也可以按照优先级顺序。5.1.3 I/O系统的实现&（2 2）设备分配的原则）设备分配的原则:提高设备的利用率；避免不合理的分提高设备的利用率；避免不合理的分配方式造成的系统死锁或系统工作紊乱。与进程的调度相似，配方式造成的系统死锁或系统工作紊乱。与进程的调度相似，设备的分配也需要一定的策略，通常采用先来先服务设备的分配也需要一定的策略，通常采用先来先服务（FCFSFCFS）和优先级高者优先等。）和优先级高者优先等。独占设备每次只能分配给一独占设备每次只能分配给一个进程使用。虚拟设备的分配同共享

53、设备。个进程使用。虚拟设备的分配同共享设备。设备分配设备分配 静态分配静态分配 :动态分配动态分配 :在用户级进行的，执行之前，由系统一次在用户级进行的，执行之前，由系统一次分配给该程序所需要的全部资源，分配给该程序所需要的全部资源，分配之分配之后，资源就一直为该程序所占用，直到执后，资源就一直为该程序所占用，直到执行完。该法无死锁。行完。该法无死锁。在进程执行过程中根据执行需要进行设备在进程执行过程中根据执行需要进行设备分配。分配。当进程需要设备时，通过系统调用当进程需要设备时，通过系统调用命令向系统提出设备请求，由系统按照事命令向系统提出设备请求，由系统按照事先规定的策略给进程分配所需要的

54、设备。先规定的策略给进程分配所需要的设备。一旦用完，便立即释放。一旦用完，便立即释放。&设备管理功能中的设备抽象接口，提供的是对具有逻辑性设备管理功能中的设备抽象接口，提供的是对具有逻辑性质的逻辑设备的逻辑操作，质的逻辑设备的逻辑操作，由文件系统和设备管理软件接由文件系统和设备管理软件接收、翻译、转换成对相应物理设备的物理操作。收、翻译、转换成对相应物理设备的物理操作。&设备管理功能与文件系统的接口设备管理功能与文件系统的接口统一统一，以实现设备独立性，以实现设备独立性，即当即当I/OI/O方向在设备与文件之间变化时也不改变程序。操作方向在设备与文件之间变化时也不改变程序。操作系统要负责对系统

55、要负责对I/OI/O设备进行管理的一项重要工作就是给设备进行管理的一项重要工作就是给I/OI/O设备统一命名。统一命名是指在系统中采取预先设计的、设备统一命名。统一命名是指在系统中采取预先设计的、统一的逻辑名称，对各类设备进行命名，并且应用在同设统一的逻辑名称，对各类设备进行命名，并且应用在同设备有关的全部软件模块中。备有关的全部软件模块中。&系统调用接口可能反映为函数库，即被函数库所掩蔽。系统调用接口可能反映为函数库，即被函数库所掩蔽。设设备接口与文件系统接口可能会不同备接口与文件系统接口可能会不同。2.2.接口接口&I/OI/O软件被组织成为一系列的层，即采用层次结构。软件被组织成为一系列

56、的层，即采用层次结构。&I/OI/O软件一般分为四层软件一般分为四层：中断处理程序，设备驱动程序，独：中断处理程序，设备驱动程序，独立于设备的系统软件以及用户空间的立于设备的系统软件以及用户空间的I/OI/O软件。软件。从功能上看，从功能上看，设备无关层是设备无关层是I/OI/O管理的主要部分；管理的主要部分；从代码量上看从代码量上看，驱动层，驱动层是是I/OI/O管理的主要部分。管理的主要部分。各层之间的界面并不是死的，各层各层之间的界面并不是死的，各层之间的确切界面是依赖于具体系统的。之间的确切界面是依赖于具体系统的。&I/OI/O软件设计的一个关键目标是设备独立性。软件设计的一个关键目标

57、是设备独立性。除了直接与设除了直接与设备打交道的低层软件之外，其他部分的软件不依赖于硬件。备打交道的低层软件之外，其他部分的软件不依赖于硬件。I/OI/O软件独立于设备，当软件独立于设备，当I/OI/O设备更新时，没有必要重新编写设备更新时，没有必要重新编写全部设备软件。在一些操作系统中，只要安装了相应的设备全部设备软件。在一些操作系统中，只要安装了相应的设备驱动程序，就可以很方便地安装好新的驱动程序，就可以很方便地安装好新的I/OI/O设备。甚至不必设备。甚至不必重新编译就能将设备管理程序移到别处执行。重新编译就能将设备管理程序移到别处执行。3.I/O3.I/O软件结构软件结构5.2 I/O

58、软件的组成&概述：I/O设备管理软件一般分为四层：中断处理程序，设备驱动程序，与设备无关的系统软件以及用户空间的I/O软件。其中低层与硬件相关，把硬件与较高层次的软件隔离开来。而最高层软件则向用户提供一个友好的、统一的接口。5.2.1 中断处理程序 1.1.中断和中断的分类中断和中断的分类 中断中断是指计算机在执行期间，是指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件常的或非预期的急需处理事件，使得，使得CPUCPU暂时中断当前暂时中断当前的执行程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理的执行程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处继续

59、执行或调度新的进程完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行。执行。开中断和关中断是为了保证某段程序执行的原子性。开中断和关中断是为了保证某段程序执行的原子性。中断又分为中断又分为外中断和内中断外中断和内中断。外中断外中断是指来自处理器是指来自处理器和内存之外的中断，如和内存之外的中断，如I/OI/O设备发出的设备发出的I/OI/O中断等。中断等。内内中断中断是指在处理器和内存内部产生的中断，又称为陷是指在处理器和内存内部产生的中断，又称为陷阱（阱（traptrap）。）。5.2.1 中断处理程序2.2.处理器与处理器与I/OI/O设备之间数据传输设备之间数据传输 I/OI/O系统采用

60、了中断方式来控制系统采用了中断方式来控制I/OI/O设备和内存与设备和内存与CPUCPU之之间的数据传送。间的数据传送。在硬件结构上，这种方式要求在硬件结构上，这种方式要求CPUCPU与与I/OI/O设备设备（或控制器）之间有相应的中断请求线，而且在（或控制器）之间有相应的中断请求线，而且在I/OI/O设备控设备控制器的控制状态寄存器上有相应的中断允许位。制器的控制状态寄存器上有相应的中断允许位。在中断方式下，在中断方式下，CPUCPU与与I/OI/O设备之间数据传输的步骤：设备之间数据传输的步骤：（1 1）某个进程需要数据时，处理器发出指令启动）某个进程需要数据时，处理器发出指令启动I/OI

61、/O设备准设备准备数据。同时，该指令还打开备数据。同时，该指令还打开I/OI/O设备控制状态寄存器中的设备控制状态寄存器中的中断允许位，以便在需要时，中断程序可以被调度执行。中断允许位，以便在需要时，中断程序可以被调度执行。5.2.1 中断处理程序（2 2）该进程放弃处理器，等待相关）该进程放弃处理器，等待相关I/OI/O操作完成，此时进操作完成，此时进程调度程序会调度其他就绪进程使用处理器。另一种程调度程序会调度其他就绪进程使用处理器。另一种方式是该进程在能够运行的情况下将继续运行，直到方式是该进程在能够运行的情况下将继续运行，直到中断信号来临中断信号来临。（3 3）当）当I/OI/O操作完

62、成时，操作完成时，I/OI/O设备控制器通过中断请求线设备控制器通过中断请求线向处理器发出中断信号。处理器收到中断信号后，转向处理器发出中断信号。处理器收到中断信号后，转向预先设计好的中断处理程序对数据传送工作进行相向预先设计好的中断处理程序对数据传送工作进行相应的处理。应的处理。（4 4）得到数据的进程，转入就绪状态。在随后的某个时）得到数据的进程，转入就绪状态。在随后的某个时刻，进程调度程序会选中该进程继续工作。刻，进程调度程序会选中该进程继续工作。5.2.1 中断处理程序3.3.中断处理过程中断处理过程 I/OI/O设备完成了设备完成了I/OI/O操作后，控制器便向操作后，控制器便向CP

63、UCPU发出一中断请求，发出一中断请求，CPUCPU响应中断后便转向中断处理程序。响应中断后便转向中断处理程序。无论是哪种无论是哪种I/OI/O设设备，其中断处理程序的处理过程大体相同，备，其中断处理程序的处理过程大体相同，其步骤如下其步骤如下：（1 1）CPUCPU响应中断后，则关中断，使其进入不可再次响应中断响应中断后，则关中断，使其进入不可再次响应中断的状态。的状态。（2 2）当中断处理程序开始执行时，用信号或信号量机制，）当中断处理程序开始执行时，用信号或信号量机制，将处于阻塞状态的设备驱动程序进程唤醒。将处于阻塞状态的设备驱动程序进程唤醒。（3 3）保护被中断进程的执行现场。即将当前

64、处理机状态字）保护被中断进程的执行现场。即将当前处理机状态字PSWPSW、程序计数器、程序计数器PCPC以及被中断进程的以及被中断进程的CPUCPU现场（包含所现场（包含所有的有的CPUCPU寄存器）等都保存到中断栈中。寄存器）等都保存到中断栈中。5.2.1 中断处理程序（4 4）分析中断原因，调用相应的设备中断处理程序。由处理）分析中断原因，调用相应的设备中断处理程序。由处理器对各个中断源进行测试，以确定引起本次中断的器对各个中断源进行测试，以确定引起本次中断的I/OI/O设设备，并发送应答信号给发中断请求信号的进程，使之消除备，并发送应答信号给发中断请求信号的进程，使之消除该中断请求信号，

65、然后将中断处理程序的入口地址装入到该中断请求信号，然后将中断处理程序的入口地址装入到程序计数器中，使处理机转向中断处理程序。程序计数器中，使处理机转向中断处理程序。（5 5）执行中断处理程序。该程序从设备控制器中读出设备状）执行中断处理程序。该程序从设备控制器中读出设备状态。若是正常完成中断，则驱动程序进程便可做结束处理；态。若是正常完成中断，则驱动程序进程便可做结束处理；若还有命令，可再向控制器发送新的命令。若是异常中断，若还有命令，可再向控制器发送新的命令。若是异常中断，则根据发生异常的原因做相应处理。则根据发生异常的原因做相应处理。（6 6）恢复被中断进程的现场或调度新进程占据处理器。）

66、恢复被中断进程的现场或调度新进程占据处理器。（7 7）开中断，）开中断，CPUCPU继续执行。继续执行。5.2.2 设备驱动程序1.1.设备驱动程序的特点设备驱动程序的特点（1 1）设备驱动程序是在请求）设备驱动程序是在请求I/OI/O的进程和设备控制器之间的一的进程和设备控制器之间的一个通信程序。它把进程的个通信程序。它把进程的I/OI/O请求传送给设备控制器，然后把设请求传送给设备控制器，然后把设备控制器中所记录的设备状态、备控制器中所记录的设备状态、I/OI/O操作完成情况传回请求操作完成情况传回请求I/OI/O的进程的进程。（2 2）它与）它与I/OI/O设备的特性紧密相关，对于不同类型的设备，应设备的特性紧密相关，对于不同类型的设备，应配置不同的驱动程序。配置不同的驱动程序。（3 3）它与）它与I/OI/O控制方式紧密相关，常用的设备控制方式为中断控制方式紧密相关，常用的设备控制方式为中断驱动和驱动和DMADMA方式。方式。（4 4）设备驱动程序与）设备驱动程序与I/OI/O设备的硬件结构密切联系。其中全部设备的硬件结构密切联系。其中全部是依赖于设备的代码。设备驱动程序是操作