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Les systèmes d'exploitation (OS) gèrent les périphériques d'entrée et de sortie (E/S) via une interaction complexe de composants matériels et logiciels. L'objectif est de fournir une interface cohérente et abstraite aux applications, en les protégeant des détails de bas niveau liés à l'interaction avec du matériel spécifique. Voici une répartition :
1. Pilotes de périphérique :
* Le noyau : Le composant le plus crucial est le pilote de périphérique. . Il s'agit d'un module logiciel spécifiquement écrit pour un périphérique d'E/S particulier (par exemple, clavier, souris, disque dur, imprimante, carte réseau). Il agit comme un traducteur, comprenant les commandes et les formats de données spécifiques de l'appareil et les convertissant sous une forme que le système d'exploitation peut comprendre, et vice versa.
* Interaction matérielle : Le pilote communique directement avec les registres matériels et les contrôleurs du périphérique. Il gère des tâches telles que l'initialisation de l'appareil, l'envoi de commandes, la lecture de données et la gestion des interruptions.
* Abstraction : Les pilotes éliminent les spécificités matérielles. Les applications n'ont pas besoin de connaître les détails complexes du fonctionnement d'un disque dur particulier; ils demandent simplement des données à un fichier et le pilote gère l'interaction de bas niveau.
2. Sous-système d'E/S :
* Gestion des pilotes : Le sous-système d'E/S du système d'exploitation gère tous les pilotes de périphériques. Il gère le chargement des pilotes en cas de besoin, leur déchargement lorsqu'ils ne sont plus utilisés et la résolution des conflits.
* Allocation des ressources : Il alloue des ressources (telles que des lignes d'interruption, des adresses mémoire et des canaux DMA) aux pilotes.
* Interruptions : Le sous-système d'E/S gère les interruptions générées par les périphériques d'E/S. Ces interruptions signalent que l'appareil a terminé une opération ou nécessite une attention (par exemple, une pression sur une touche). Le gestionnaire d'interruption détermine quel pilote doit être invoqué pour traiter l'événement.
* Accès direct à la mémoire (DMA) : Pour les appareils à haute vitesse (comme les disques durs et les cartes réseau), DMA permet à l'appareil de transférer des données directement vers ou depuis la mémoire sans impliquer le processeur, libérant ainsi le processeur pour d'autres tâches. Le sous-système d'E/S gère les opérations DMA.
3. Planification des E/S :
* Équité et efficacité : Le système d'exploitation utilise des algorithmes de planification d'E/S pour décider quelles demandes d'E/S doivent être traitées en premier. Cela vise à équilibrer l’équité (donner une chance à tous les appareils) et l’efficacité (minimiser les temps d’attente).
* Priorisation : Certaines requêtes d'E/S peuvent être prioritaires par rapport à d'autres (par exemple, une saisie au clavier peut être prioritaire par rapport à une lecture sur disque).
4. Appels système :
* Interface de l'application : Les applications n'interagissent pas directement avec les pilotes de périphériques. Au lieu de cela, ils utilisent des appels système (requêtes adressées au noyau du système d'exploitation) pour effectuer des opérations d'E/S. Ces appels système sont très abstraits ; par exemple, `read()` peut être utilisé pour lire les données d'un fichier, d'une prise réseau ou même d'un clavier, sans que l'application ait besoin de connaître le périphérique sous-jacent.
5. Mise en mémoire tampon :
* Lisser le flux de données : Le système d'exploitation utilise des tampons pour stocker temporairement les données d'E/S. Cela atténue les différences de taux de transfert de données entre l'application et l'appareil, évitant ainsi la perte ou les retards de données. Par exemple, si une application écrit des données plus rapidement qu'un disque ne peut les écrire, les données sont stockées dans un tampon jusqu'à ce que le disque soit prêt.
Exemple simplifié :
Imaginez qu'une application souhaite imprimer un document. L'application effectue un appel système (par exemple, `print()`). Le sous-système d'E/S du système d'exploitation identifie l'imprimante, localise son pilote et transmet les données au pilote. Le pilote traduit les données dans le langage de l'imprimante et les envoie à l'imprimante via son interface. L'imprimante signale l'achèvement via une interruption, que le sous-système d'E/S et le pilote gèrent. Le système d'exploitation informe ensuite l'application que l'impression est terminée.
Essentiellement, le système d'exploitation agit comme un intermédiaire, fournissant une interface cohérente et gérable à une vaste gamme de périphériques d'E/S divers, permettant aux applications d'interagir avec eux de manière uniforme et efficace.
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