Структурная организация системы управления вводом/выводом ос unix. (12-2)
Система ввода/вывода ОС UNIX – это часть ядра, выполняющая функции диспетчера устройств ввода/вывода.
Программная часть диспетчера включает:
управляющую компоненту
систему буферизации
набор драйверов.
В качестве структурных компонент используются:
дескрипторы специальных файлов
таблица связи между драйверами байт-ориентированных устройств и ядром системы
таблица связи между драйверами блок-ориентированных устройств и ядром системы
таблица буферов блоков
таблиц прерываний.
Взаимодействие этих структур можно отобразить в виде следующей схемы:
Индексные дескрипторы специальных файлов содержат информацию:
имя специального файла (на этот файл нельзя сделать ни жесткую ни символьную ссылку)
тип устройства
номере типа устройства (старший номер)
номере устройства (младший номер)
атрибуты, которые содержат дескрипторы обычных файлов (не все): размер, идентификаторы владельца, группы; тип файла, размер, метод доступа, дата и время создания, количество ссылок на файл, дата и время последней модификации.
Каждый дескриптор ссылается на соответствующий элемент в зависимости от типа устройства из таблицы связи. Эти таблицы позволяют ядру быстро перестраиваться на новый состав и параметры внешних устройств путем включения новых драйверов.
Каждый элемент таблиц связи адресуется к определенному драйверу, обеспечивающему обмен информацией между основной памятью и внешним устройством данного типа.
Таблица связи блок-ориентированных устройств, кроме того, связана с таблицей буферов блоков, указывающей буфера ввода/вывода, образующие кэш-память.
Программы драйверов предназначены для открытия и закрытия файлов, чтения и записи данных, а также для управления режимами работы устройств. Каждый драйвер разделен на несколько частей:
верхняя часть драйвера работает в режиме вызывающего процесса и служит интерфейсом составной системы UNIX;
нижняя часть работает в контексте ядра ОС и непосредственно взаимодействует с устройством.
Таблица прерываний обычно располагается в начальной области памяти по фиксированным адресам. При возникновении прерываний от ввода/вывода управление передается программе обработки прерываний драйвера, адрес которой выбирается из таблицы прерываний.
Реализация системы управления вводом/выводом ос unix. (14-2)
(Здесь также рассказать про блок- и байт-ориентированные устройства)
Пример реализации ввода информации с блок-ориентированного устройства (hd0).
fd=open(“/dev/hd0”, 0);
read(fd,buf,n);
Системный вызов read инициирует обращение к специальному файлу /dev/hd0 и через дескриптор fd, определяет тип и номер устройства, с которого необходимо прочитать информацию.
По адресу из таблицы связи управление передается необходимому драйверу, программа драйвера, прежде всего, проверяет, не располагается ли требуемый блок файла в кэш-памяти. Если это так, то моделируется сигнал прерывания об окончании обмена. В противном случае драйвер освобождает, когда это требуется, участок кэш-памяти и запускает операцию обмена.
По окончании обмена генерируются прерывания, и запускается подпрограмма обработки прерываний драйвера, адрес которой извлекается из определенной ячейки таблицы прерываний.
Далее программа драйвера переписывает информацию из кэш-памяти в область основной памяти, указанную драйвером ввода (buf).
После окончания операции ввода управление, обычно, передается диспетчеру процессов ядра ОС UNIX.