Linux操作系统IO机制原理(流程图详解).pdf
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2023-07-07
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前言：我们之前的文章提到了操作系统的三个抽象，它们分别是进程、地址空间和文件，除此之外，操
作系统还要控制所有的 I/O 设备。操作系统必须向设备发送命令，捕捉中断并处理错误。它还应该在设
备和操作系统的其余部分之间提供一个简单易用的接口。操作系统如何管理 I/O 是我们接下来的重点。
不同的人对 I/O 硬件的理解也不同。对于电子工程师而言，I/O 硬件就是芯片、导线、电源和其他组成
硬件的物理设备。而我们程序员眼中的 I/O 其实就是硬件提供给软件的接口，比如硬件接受到的命令、
执行的操作以及反馈的错误。我们着重探讨的是如何对硬件进行编程，而不是其工作原理。
1，I/O 设备
什么是 I/O 设备？I/O 设备又叫做输入/输出设备，它是人类用来和计算机进行通信的外部硬件。输入/输
出设备能够向计算机发送数据（输出）并从计算机接收数据（输入）。
I/O 设备(I/O devices)可以分成两种：块设备(block devices) 和 字符设备(character devices)。
2，块设备
块设备是一个能存储固定大小块信息的设备，它支持以固定大小的块，扇区或群集读取和（可选）写入
数据。每个块都有自己的物理地址。通常块的大小在 512 - 65536 之间。所有传输的信息都会以连续的
块为单位。块设备的基本特征是每个块都较为对立，能够独立的进行读写。常见的块设备有 硬盘、蓝光
光盘、USB盘与字符设备相比，块设备通常需要较少的引脚。
2.1块设备的缺点
基于给定固态存储器的块设备比基于相同类型的存储器的字节寻址要慢一些，因为必须在块的开头开始
读取或写入。所以，要读取该块的任何部分，必须寻找到该块的开始，读取整个块，如果不使用该块，
则将其丢弃。要写入块的一部分，必须寻找到块的开始，将整个块读入内存，修改数据，再次寻找到块
的开头处，然后将整个块写回设备。
字符设备
另一类 I/O 设备是字符设备。字符设备以字符为单位发送或接收一个字符流，而不考虑任何块结构。字
符设备是不可寻址的，也没有任何寻道操作。常见的字符设备有 打印机、网络设备、鼠标、以及大多数
与磁盘不同的设备。
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