Application I/O Interface
Basic Concept
Application I/O interface 是 OS 對 application 提供的 I/O 抽象層。它的目標不是讓 application 直接控制 hardware，而是讓 application 用少數幾種穩定的 system call pattern 去使用各種 device。
原因是 device 差異太大。若 application 必須知道每個 device 的 controller register 和 bus protocol，程式會很難寫，也會破壞系統安全。因此 OS 透過 device driver + kernel I/O subsystem 隱藏硬體差異，對上提供一致的介面。
application
→ system call interface
→ kernel I/O subsystem
→ device driver
→ controller / hardwareDevice Driver as the Boundary
Device driver 是 kernel 端封裝硬體差異的模組。每個 driver 理解某種 controller 的 register、interrupt、DMA 行為，但它對 kernel I/O subsystem export 一套標準 interface。這讓 kernel 可以把不同 device 歸入幾種常見類別，而不需要每次遇到新硬體就改寫上層 I/O code。
從 application 角度看，這表示它不用知道自己背後是 SATA SSD、USB disk、keyboard、network card。它只需要知道這個 device 被 OS 抽象成哪一種介面。
Device Characteristics
OS 會根據 device 的行為把它們分類。常見差異包括：
- Character-stream vs block：一次傳 byte stream，或一次傳 fixed-size block。
- Sequential vs random access：只能照順序讀，或可以 seek 到任意位置。
- Synchronous vs asynchronous behavior：response time 是否可預期（Asynchronized IO）
- Sharable vs dedicated：能否被多個 process 同時使用。
- Speed：從幾 bytes/sec 到 GB/sec 都可能。
- Direction：read-only、write-only、read-write、write-once。
Application I/O interface 的任務，就是把這些差異整理成幾種常用 access conventions。