Ako OS manipuluje s vstupnými a výstupnými zariadeniami?

Operačné systémy (OS) manipulujú s vstupnými a výstupnými (I/O) zariadeniami prostredníctvom komplexnej súhry hardvérových a softvérových komponentov. Cieľom je poskytnúť konzistentné a abstraktné rozhranie pre aplikácie, ktoré ich chráni pred detailmi interakcie so špecifickým hardvérom. Tu je porucha:

1. Ovládače zariadení:

* jadro: Najdôležitejšou súčasťou je ovládač zariadenia . Toto je softvérový modul špecificky napísaný pre konkrétne I/O zariadenie (napr. Klávesnica, myš, pevný disk, tlačiareň, sieťová karta). Pôsobí ako prekladateľ, chápe konkrétne príkazy a formáty údajov zariadenia a premieňa ich na formu, ktorej môže OS porozumieť, a naopak.

* hardvérová interakcia: Vodič priamo komunikuje s hardvérovými registrmi a radičmi zariadenia. Zaoberá sa úlohami, ako je inicializácia zariadenia, odosielanie príkazov, čítanie údajov a riadenie prerušení.

* abstrakcia: Vodiči abstrakt hardvérových špecifík. Aplikácie nepotrebujú poznať zložité podrobnosti o tom, ako funguje konkrétny pevný disk; Vyžadujú iba údaje zo súboru a vodič rieši interakciu nízkej úrovne.

2. Subsystém I/O:

* Správa ovládačov: Subsystém I/O OS spravuje všetky ovládače zariadení. V prípade potreby spracováva ovládače nakladania, ich vykladá, keď sa už nepoužíva, a riešenie konfliktov.

* Pridelenie zdrojov: Prideľuje vodičom zdroje (ako sú riadky prerušenia, adresy pamäte a kanály DMA).

* prerušuje: Subsystém I/O zvláda prerušenia generovaných I/O zariadeniami. Tieto prerušujú signál, že zariadenie dokončilo operáciu alebo vyžaduje pozornosť (napr. Stlačením klávesu). Handler prerušenia určuje, ktorý ovládač je potrebné vyvolať na spracovanie udalosti.

* Priamy prístup k pamäti (DMA): Pre vysokorýchlostné zariadenia (napríklad pevné disky a sieťové karty) umožňuje DMA zariadeniu prenášať údaje priamo do alebo z pamäte bez zapojenia CPU, čím uvoľní CPU pre ďalšie úlohy. Subsystém I/O riadi operácie DMA.

3. Plánovanie I/O:

* Spravodlivosť a efektívnosť: OS využíva algoritmy plánovania I/O, aby sa rozhodli, ktoré I/O požaduje službu najskôr. Cieľom je vyvážiť spravodlivosť (dávať všetkým zariadeniam šancu) a efektívnosť (minimalizácia čakacích časov).

* Prioritizácia: Niektoré požiadavky I/O môžu byť uprednostňované pred ostatnými (napr. Vstup klávesnice môže byť uprednostňovaný pred čítaním disku).

4. Systémové hovory:

* Aplikácia: Aplikácie priamo ne interagujú s ovládačmi zariadení. Namiesto toho používajú systémové volania - spätné požiadavky na jadro OS - na vykonávanie I/O operácií. Tieto systémové volania sú veľmi abstraktné; Napríklad „čítanie ()` sa môže použiť na čítanie údajov zo súboru, sieťovej zásuvky alebo dokonca klávesnice bez toho, aby aplikácia potrebovala poznať základné zariadenie.

5. Vyrovnávanie:

* Vyhladenie dát toku: OS používa vyrovnávacie pamäte na dočasné ukladanie vstupno -výstupných údajov. Tým sa vyhladzujú rozdiely v miere prenosu údajov medzi aplikáciou a zariadením, čím sa bráni strate údajov alebo oneskoreniami. Napríklad, ak aplikácia zapisuje údaje rýchlejšie, ako ich môže písať disk, údaje sa ukladajú do vyrovnávacej pamäte, kým nebude disk pripravený.

Zjednodušený príklad:

Predstavte si, že aplikácia chce vytlačiť dokument. Aplikácia uskutočňuje systémové volanie (napr. `Print ()`). Subsystém I/O v OS identifikuje tlačiareň, lokalizuje jej ovládač a odovzdá údaje vodičovi. Vodič prekladá údaje do jazyka tlačiarne a odošle ich do tlačiarne prostredníctvom svojho rozhrania. Tlačiareň signalizuje dokončenie prostredníctvom prerušenia, ktoré subsystém I/O a rukoväť ovládača. OS potom informuje aplikáciu, že tlač je dokončená.

OS v podstate pôsobí ako sprostredkovateľ a poskytuje konzistentné a zvládnuteľné rozhranie s rozsiahlou škálou rôznych I/O zariadení, čo umožňuje aplikáciám interakcie s nimi jednotným a efektívnym spôsobom.

• Predchádzajúca strana: Prekladá vstupné zariadenie údaje do formulára, ktorú je možné interpretovať počítačom? 
• Ďalšia strana: Čo sú procesy náhodného vstupného výstupu?