6.6　用户层的I/O软件

本节概览：先建立「用户层的I/O软件」的框架，再依次展开下列小节。

1. 系统调用与库函数
2. 假脱机(Spooling)系统

在C语言及UNIX系统中，系统调用（如read）与各系统调用所使用的库函数（如read）之间几乎一一对应。而微软定义了一套称为Win32 API的应用程序接口，程序员利用它们取得OS服务，该接口与实际的系统调用并不一一对应。

用户程序通过调用对应的库函数使用系统调用，这些库函数与调用程序连接在一起，被嵌入在运行时装入内存的二进制程序中。

为使各进程有条不紊地使用I/O设备且能保护设备的安全性，不允许运行在用户态的应用进程直接调用运行在核心态（系统态）的OS过程。但应用进程运行时又必须取得OS提供的服务，否则应用程序几乎无法运行。

为解决此矛盾，OS在用户层中引入了一个中介过程——系统调用，应用程序可通过它间接调用OS中的I/O过程，对I/O设备进行操作。

SPOOLing系统主要由四部分构成。SPOOLing技术是对脱机输入/输出系统的模拟，建立在通道技术和多道程序技术的基础上，以高速随机外存（通常为磁盘）为后援存储器。

1. 输入井和输出井
2. 输入缓冲区和输出缓冲区
3. 输入进程和输出进程
4. 井管理程序

对利用假脱机系统实现打印机共享的方案进行修改，如取消假脱机管理进程，为打印机建立一个守护进程，由它执行部分原由假脱机管理进程实现的功能：为用户在磁盘缓冲区中申请一个空闲盘块，将要打印的数据送入其中，将该盘块首址返回给请求进程。

另一部分由请求进程自己完成：每个要求打印的进程先生成一份要求打印的文件，其中包含对打印的要求和指向装有打印输出数据盘块的指针等信息，然后将用户请求打印文件放入假脱机文件队列（目录）中。

1. 提高了I/O的速度
2. 将独占设备改造为共享设备
3. 实现了虚拟设备功能

打印机是常用的输出设备，属于独占设备。利用假脱机技术可将它改造为一台可供多个用户共享的打印设备，从而提高设备利用率，也方便了用户。共享打印机技术已被广泛用于多用户系统和局域网络中。

假脱机打印系统主要有以下三部分。

1. 磁盘缓冲区
2. 打印缓冲区
3. 假脱机管理进程和假脱机打印进程

20世纪50年代，为缓和CPU的高速性与I/O设备低速性间的矛盾，引入了脱机输入、脱机输出技术。该技术利用专门的外围控制机，先将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上，或者相反。

处理机需要输入数据时可直接从磁盘读取，极大提高输入速度；需要输出数据时也可快速把数据先输出到磁盘上，处理机便可去做自己的事情。