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作业系统报告
第二組
組員：楊子旻、楊晨輝、夏本羿、杜家豪
指導老師：林芳苓

I/O軟體結構
使用者層級I/O軟體
核心I/O子系統
裝置驅動程式
中斷處理系統
硬體
I/O請求傳回I/O結果

中斷處理常式
? 當CPU收到中斷請求時，它會先暫停手邊的工作，執行對應的
中斷處理常式，並且在執行完成後，再繼續原本行程的執行。
? 當中斷發生的時候，作業系統會先將目前正在執行的指令完成，
然後確認中斷是否發生，如果確實有發生中斷，作業系統會將
目前行程執行的相關資訊儲存在系統堆疊中，然後跳到中斷處
理常式。在中斷常式結束之後，作業系統會取出堆疊中的資訊，
從被中斷的地方開始繼續執行原本的行程。

中斷處理的流程
裝置控制器或DMA
控制器送出中斷
CPU完成目前的指令
CPU確認中斷
將行程控制資訊
存入推疊
執行中斷處理常式
取出行程控制資訊
繼續執行原本行程

中斷處理常式的設計
? 在設計中斷處理常式時，使用者面臨的是：一方面希望儘快完
成這次硬體中斷的處理，以便讓CPU能夠儘快處理其他任務。
例如，處理在這段時間中發生的其他中斷；另一方面，I/O的中
斷又可能會需要處理大量的資料。為了解決這個問題，一個可
行的作法是將中斷處理的工作分成兩個階段，先在第一階段與
高優先序做完緊急必要的處理。再將後續的處理工作，放入較
低優先序的中斷處理佇列。這樣就不會耽誤到其他高優先序中
斷的處理時機。

裝置驅動程式
? 目的是要將裝置間的差異封裝起來，對外提供一組標準的溝通介面。而內部
則是根據不同裝置的特性量身訂做，這樣的做法，一方面可以簡化作業系統
設計者的工作，使他們不需要去瞭解各種裝置的控制細節，另一方面也可以
讓硬體廠商更容易推出新的裝置，只要提供新的驅動程式，而不需要等待作
業系統的支援就可以使用。
? 由於不同作業系統的裝置驅動程式介面各有不同，所以，一個裝置需要多種
版本的驅動程式。一般而言，作業系統多半會為同一類裝置提供一個通用的
裝置驅動程式，但是由於不同廠商的相同裝置，在硬體設計上多少會有差異，
因此，要從充分發揮特定裝置本身的效能。最好是選擇廠商為該裝置所開發
的驅動程式。

裝置驅動程式包括
1. 初始化程式
2. 裝置操作程式
3. 中斷處理程式
4. 離開程式

初始化程式
? 在驅動程式載入時，進行驅動程式的初始化工作，建立對應的
系統物件，供作業系統識別與呼叫驅動程式之用。

裝置操作程式
? 裝置一般運作所需的相關功能。例如：開啟、關閉、讀取、寫
入、控制等運算。

中斷處理程式
? 處理裝置中斷的程式，通常包含比較立即的處理常式，與優先
權較低的處理程式。例如：Windows 的 ISR 與 DPC

離開程式
? 關閉裝置並釋放系統資源。

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