IOPfads

IOPfads, kurz für Eingabe-Ausgabe-Pfade, bezeichnet in der Informatik den Weg, den eine Ein-/Ausgabe-Anforderung von der anfragenden Anwendung bis zum Zielgerät oder zur Zielressource durchläuft. Er umfasst sowohl virtuelle als auch physische Stufen der Datenverarbeitung und spiegelt wider, wie Betriebssystem, Treiber und Hardware zusammenarbeiten, um eine I/O-Operation zu realisieren.

Der I/O-Pfad in modernen Betriebssystemen besteht typischerweise aus mehreren Schichten: eine Anwendung oder ein Prozess, der Systemaufrufe ausführt; das Kernel-I/O-Subsystem, der Dateisystem-Cache (Pufferung) und die Virtual File System (VFS); ein Block- oder Character-Device-Driver; ein I/O-Scheduler; letztlich der Gerätecontroller, der über Busse wie PCIe, SATA oder USB mit dem Speichermedium oder Peripheriegerät verbunden ist. Je nach System kann der Pfad auch Direct-IO oder Memory-Mapped I/O umfassen.

Unterschiedliche I/O-Modelle verändern den Pfad: synchrones vs. asynchrones I/O, gepufftes I/O vs. Direct I/O (z. B. O_DIRECT in Linux) sowie speicherabbildetes I/O (Memory-Mapped I/O). Bei Memory-Mapped I/O werden Teile des Geräts in den Adressraum des Prozesses abgebildet; beim Direct Memory Access (DMA) übernimmt der Gerätecontroller die Übertragung von Daten unabhängig von der CPU. Block- und Character-I/O bezeichnen dabei unterschiedliche Zugriffstypen je nach Gerät.

Leistungsaspekte: Die Latenz, der Durchsatz und die CPU-Last hängen davon ab, wie gut der Pfad gepuffert, zusammengeführt und durch Interrupts oder Polling gesteuert wird. I/O-Scheduler, DMA-Transfers, Caching im Speicher und die Qualität der Treiber wirken sich maßgeblich aus. In Systemen mit schnellen Speichersystemen (SSDs, NVMe) gewinnen direkte oder gemappte I/O-Modelle sowie asynchrone Pfade an Bedeutung, um Engpässe im Pfad zu vermeiden.