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2.1 I/O 软件层次结构

2.1.1用户层 I/O 软件

2.1.2设备独立软件

2.1.3设备驱动程序

2.2应用程序与I/O接口

2.2.1字符设备接口

2.2.2块设备接口

2.2.3网络设备接口

2.2.4阻塞/非阻塞 I/O

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I/O系统概述、I/O接口、I/O控制的四种方式（程序直接控制方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式）、中断处理程序在计组最后一章已经介绍过了。

在操作系统这里只补充I/O软件层次结构、应用程序与I/O接口。

2.1 I/O 软件层次结构

2.1.1用户层 I/O 软件

实现了与用户交互的接口。

向上为用户提供与I/O操作相关的库函数对设备进行操作。

向下通过一组系统调用来获取操作系统服务。

2.1.2设备独立软件

即设备无关性软件。为实现设备独立性，引入了逻辑设备和物理设备的概念，从而实现I/O重定向，即I/O操作的设备可以更换，而不必改变应用程序。

• 向上为用户层软件提供系统调用接口
• 进行设备保护（即特殊文件保护） 
• 差错处理
• 设备的分配与回收（逻辑设备名映射为物理设备名）
• 数据缓冲区管理

具体细节将在下一小节介绍。

2.1.3设备驱动程序

与硬件直接相关，负责具体实现系统对设备发出的操作指令，驱动I/O设备工作的驱动程序。

为每类设备配置一个设备驱动程序，它是I/O进程与设备控制器之间的通信程序，常以进程形式存在。

设备驱动程序向上层用户程序提供一组标准接口，设备具体的差别被设备驱动程序所封装。

2.2应用程序与I/O接口

2.2.1字符设备接口

数据的存取和传输是以字符为单位的设备。

传输速率较低、不可寻址，并且在输入/输出时通常采用中断驱动程序。

字符设备都属于独占设备，需实现互斥共享。

2.2.2块设备接口

数据的存取和传输是以块为单位的设备

传输速率高、可寻址。磁盘设备的I/O常采用DMA方式。

2.2.3网络设备接口

提供网络软件和网络通信接口，使计算机能够通过网络与网络上的其他计算机进行通信或上网浏览。

许多操作系统提供的网络I/O接口为网络套接字接口，套接字接口的系统调用使应用程序创建的本地套接字连接到远程应用程序创建的套接字，通过此连接发送和接收数据。

2.2.4阻塞/非阻塞 I/O

阻塞I/O：用户进程调用I/O操作时，该进程被阻塞，需要等待I/O操作完成，进程才被唤醒继续执行。（程序中断方式）

非阻塞I/O：用户进程调用I/O操作时，不阻塞该进程，该I/O操作返回一个错误值，进程需要通过轮询方式来查询I/O操作是否完成。（程序轮询方式）

大多数操作系统提供的I/O接口都是采用阻塞I/O。