linux io模型

Linux设备模型

Linux设备模型 (1)

随着计算机的周边外设越来越丰富，设备管理已经成为现代操作系统的一项重要任务，这对于Linux来说也是同样的情况。每次Linux内核新版本的发布，都会伴随着一批设备驱动进入内核。在Linux内核里，驱动程序的代码量占有了相当大的比重。下图是我在网络上搜索到的一幅Linux内核代码量的统计图，对应的内核版本是2.6.29。

我们可以很明显的看到，在Linux内核中驱动程序的比例已经非常高了。

Linux 2.6内核最初为了应付电源管理的需要，提出了一个设备模型来管理所有的设备。在物理上，外设之间是有一种层次关系的，比如把一个U盘插到笔记本上，实际上这个U盘是接在一个USB Hub上，USB Hub又是接在USB 2.0 Host Controller (EHCI)上，最终EHCI又是一个挂在PCI Bus上的设备。这里的一个层次关系是：PCI->EHCI->USB Hub->USB Disk。如果操作系统要进入休眠状态，首先要逐层通知所有的外设进入休眠模式，然后整个系统才可以休眠。因此，需要有一个树状的结构可以把所有的外设组织起来。这就是最初建立Linux设备模型的目的。

当然，Linux设备模型给

一：前言

Linux设备模型是一个极其复杂的结构体系，在编写驱动程序的时候，通常不会用到这方面的东西，但是。理解这部份内容，对于我们理解linux设备驱动的结构是大有裨益的。我们不但可以在编写程序程序的时候知其然，亦知其所以然。又可以学习到一种极其精致的架构设计方法。由于之前已经详细分析了sysfs文件系统。所以本节的讨论主要集中在设备模型的底层实现上。上层的接口，如pci.,usb ,网络设备都可以看成是底层的封装。

二：kobject ,kset和ktype

Kobject,kset,kypte这三个结构是设备模型中的下层架构。模型中的每一个元素都对应一个kobject.kset和ktype可以看成是kobject在层次结构与属性结构方面的扩充。将三者之间的关系用图的方示描述如下：

如上图所示：我们知道。在sysfs中每一个目录都对应一个kobject.这些kobject都有自己的parent。在没有指定parent的情况下，都会指向它所属的kset->object。其次，kset也内嵌了kobject.这个kobject又可以指它上一级的parent。就这样。构成了一个空间上面的层次关系。

其实，每个对象都有属性。例如

1. （File 类）以下关于File 类说法正确的是：

A． 一个File 对象代表了操作系统中的一个文件或者文件夹 B． 可以使用File 对象创建和删除一个文件 C． 可以使用File 对象创建和删除一个文件夹

D． 当一个File 对象被垃圾回收时，系统上对应的文件或文件夹也被删除 2. （File 类）有如下代码： public class TestFile{

public static void main(String args[]){ File file = new File(“chp13/corejava.txt”); } }

请选择一个正确答案：

A. corejava.txt 文件在系统中被创建

B. 在windows 系统上运行出错，因为路径分隔符不正确 C. corejava.txt 文件在系统中没有被创建

D. 如果corejava.txt 文件已存在，则抛出一个异常 3. （File 类）将下列代码补充完整 class TestMyFile{

public static void main(String args[]) throws Exception{ File file;

//创建一个File 对象表示当前目录

集美大学诚毅学院实验报告

课程名称： Java程序设计 实验地点： 实验项目名称：实验4 实验项目编号：IO

一、目的（本次实验所涉及并要求掌握的知识点）

1、数字存取：通过随机数函数产生50个正整数，逐个将这些数写入文件file.dat中；然后读出这些数，在内存中对它们进行排序，再将排序后的数据逐个写入file.out文件中。

2、文件内容加行号：给定一个文件，通过文件读写，给文件内容加行号。 要求：使用缓冲流操作。

3、学生对象操作：设计学生类，把学生对象存储进文件，并能再从文件中读取。 要求：使用对象流操作。

二、实验内容与设计思想（设计思路、主要数据结构、主要代码结构、主要代码段分析、输出结果图）

题目一代码

package ioshiayan1;

import java.io.*; import java.util.*;

public class io_one {

public static void main(String[] args) throws IOException {

File a=new File(\File b=new File(\a.createNew

1 I/O空间-----I/O端口和I/O内存

首先上图，如下：外设中的寄存器被称为I/O端口，外设中的内存被称为I/O内存。二者合起来统称为I/O空间。

设备驱动程序要直接访问外设或其接口卡上的物理电路，这部分通常都是以寄存器的形式出现。外设寄存器称为I/O端口，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类。根据访问外设寄存器的不同方式，可以把 CPU分成两大类。

一类CPU（如M68K，Power PC，ARM，Unicore等）把这些寄存器看作内存的一部分，寄存器参与内存统一编址，访问寄存器就通过访问一般的内存指令进行，所以，这种CPU没有专门用于设备I/O的指令（可以以此判定体系为哪种）。这就是所谓的“I/O内存”方式。 另一类CPU（如X86）将外设的寄存器看成一个独立的地址空间，所以访问内存的指令不能用来访问这些寄存 器，而要为对外设寄存器的读／写设置专用指令，如IN和OUT指令。这就是所谓的” I/O端口”方式 。但是，用于I/O指令的“地址空间”相对来说是很小的。事实上，现在x86的I/O地址空间已经非常拥挤。

但是，随着计算机技术的发 展，单纯的”I/O端口\方式无法满足实际需要了，因为这种

1 I/O空间-----I/O端口和I/O内存

首先上图，如下：外设中的寄存器被称为I/O端口，外设中的内存被称为I/O内存。二者合起来统称为I/O空间。

设备驱动程序要直接访问外设或其接口卡上的物理电路，这部分通常都是以寄存器的形式出现。外设寄存器称为I/O端口，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类。根据访问外设寄存器的不同方式，可以把 CPU分成两大类。

一类CPU（如M68K，Power PC，ARM，Unicore等）把这些寄存器看作内存的一部分，寄存器参与内存统一编址，访问寄存器就通过访问一般的内存指令进行，所以，这种CPU没有专门用于设备I/O的指令（可以以此判定体系为哪种）。这就是所谓的“I/O内存”方式。 另一类CPU（如X86）将外设的寄存器看成一个独立的地址空间，所以访问内存的指令不能用来访问这些寄存 器，而要为对外设寄存器的读／写设置专用指令，如IN和OUT指令。这就是所谓的” I/O端口”方式 。但是，用于I/O指令的“地址空间”相对来说是很小的。事实上，现在x86的I/O地址空间已经非常拥挤。

但是，随着计算机技术的发 展，单纯的”I/O端口\方式无法满足实际需要了，因为这种

实习5 输入输出流

实验目的

(1) 掌握输入输出流的总体结构； (2) 掌握流的概念； (3) 了解各种流的使用。

实验题1阅读下面程序，叙述其功能。

package cn.edu.nwsuaf.jp; import java.io.FileReader; import java.io.IOException; public class FileViewer {

/** Defines the entry point of the program. */ public static void main(String[] args) {

System.out.println(\try {

String fileName = \while(true) {

1. int readByte = System.in.read(); 2. if(readByte == -1 || readByte == '\\r')

break;

3. fileName += (char) readByte;

}

// Reads the file and prints it to the System.out stream.

一． 端口引脚通用结构图

PORTn->HWSEL 引脚硬件选择寄存器 PORTn->PPS 引脚省电寄存器

PORTn->IOCR 输入输出控制寄存器 PORTn->PHCR 焊盘滞后控制寄存器 PORTn->IN 输入寄存器 PORTn->OMR 输出修改寄存器 PORTn->OUT 输出寄存器

二．寄存器操作

（1）输入模式（前四个直接输入，后四个反相输入）

端口引脚的电压通过焊盘内的施密特触发器被转换逻辑电平0或1，可以选择将该电平反相输入或直接输入，Pn_IN读取。还可以通过ALTIN连接多个片内外设。通过控制PORTn->IOCR来控制输入模式，Pn_IN和ALTIN始终都是代表输入，与引脚配置成输入输出无关。

#define INPUT 0x00U 不激活上/下拉器件 #define INPUT_PD 0x08U 激活下拉

#define INPUT_PU 0x10U 激活上拉（高）

#define INPUT_PPS 0x18U 不激活，Pn_OUT连续采样输入值

#define INPUT

Java的核心库java.io提供了全面的IO接口，包括：文件读写、标准设备输出等。Java中IO是以流为基础进行输入输出的，所有数据被串行化写入输出流，或者从输入流读入。 在项目开发中，IO是非常基础的部分，在面试当中经常出现。

对于初学者而言，IO部分是容易忽略的内容，求职者一定要掌握该知识点。 根据面试题详解IO流。 10.3.1 了解Java的IO类

面试例题28：下面关于System.out的说法哪个正确？ 请选择正确的答案。

（a）System.out是1个PrintStream。 （b）System.out是1个OutputStream。 （c）System.out是1个FilterOutputStream。 （d）System.out是1个PrintStream。

（e）System.out在异常时，将抛出IOException。 考点：考查求职者对Java语言的IO处理的掌握。 出现频率：★★★★ 解析

IO（Input/Output）是计算机输出/输出的接口。Java的核心库java.io提供了全面的IO接口，包括文件读写、标准设备输出等。Java中IO是以流为基础进行输入输出的，所有数据被串行化写入输出流，或者从输入流

数字I/O端口寄存器

7.2.1 输入寄存器 PxIN

当 I/O管脚被配置为普通IO口时， 对应 IO口的信号输入值表现为输入寄存器中的每一个 位。

·位为零：输入为低 ·位为一：输入为高 注意：写只读寄存器PxIN

写这些只读寄存器会导致在写操作被激活的时候电流的增加。

7.2.2 输出寄存器 PxOUT

当 I/O管脚被配置为普通IO口并且为输出方向时， 对应IO 口的输出值表现为输出寄存器

中的每一个位。

·位为零：输出为低 ·位为一：输出为高

如果管脚被配置为普通I/O功能、输出方向并且置位寄存器使能时，PxOUT 寄存器的相应

管脚被选择置高或者置低。 ·位为零：该管脚置低 ·位为一：该管脚置高

7.2.3 方向寄存器 PxDIR

PxDIR寄存器中的每一位选择相应管脚的输入输出方向，不管该管脚实现何功能。当管脚

被设置为其