15 Билет
15. Структура и функции подсистемы ввода-вывода. Принципы работы диспетчера ввода-вывода и диспетчера Plug’n’Play.
Функции подсистемы управления устройствами ввода-вывода:
• Организация параллельной работы устройств ввода-вывода и процессора.
Контроллер берёт на себя управление устройством, работа контроллера проходит независимо от ОС в периоды между выдачами команд. Подсистема ввода-вывода в реальном масштабе времени планирует запуск и приостановку различных драйверов, обеспечивая приемлемое время реакции каждого драйвера на независимые события контроллера.
• Согласование скоростей обмена и кэширование данных.
Согласование необходимо из-за различия скорости обмена данными устройства с оперативной памятью и скоростью работы устройства. При этом сокращается реальное количество операций ввода-вывода. Для согласования скоростей используется буферизация данных и реализация синхронного доступа считывающего и пишущего процессов (потоков) к буферу. Примеры: печать документов, набор символов на клавиатуре.
• Разделение устройств между процессами
При совместном использовании устройств процессами необходим контроль доступа процессов к устройству и необходимо разграничивать порции данных различных процессов друг от друга.
• Обеспечение удобного логического интерфейса между устройствами и остальной частью ОС.
Основа логического интерфейса – файловая модель периферийных устройств (виртуальные устройства). • Файловая модель – любое устройство представляется последовательным набором байт, с которым можно работать при помощи системных вызовов (например, записывать данные, направляемые этому устройству).
• Поддержка широкого спектра драйверов с возможностью простого включения в систему нового драйвера.
Типы интерфейсов для драйверов: • DKI – интерфейс «драйвер-ядро» (обязательно должен быть стандартизирован); • DDI – интерфейс «драйвер-устройство» (должен быть стандартизирован при запрете в системе непосредственного взаимодействия драйвера с устройством). • Запрет на прямое взаимодействие приводит к независимости драйвера от аппаратуры ПК. • Для устройств разных классов интерфейсы DKI/DDI могут быть различны.
• Поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода
Синхронный режим – процесс приостанавливает свою работу, пока не будет завершена операция вводавывода. • Асинхронный режим – процесс продолжает выполняться одновременно
• Динамическая загрузка и выгрузка драйверов.
• Поддержка нескольких файловых систем.
Общая схема (Структура) управления устройствами ввода-вывода:
системные вызовы ввода-вывода - переадресация пользовательских запросов драйверам соответствующих устройств ввода-вывода и возвращение результатов.
системные сервисы ввода-вывода - диспетчер ввода-вывода, диспетчер Plug and Play. Задачи: создание внутреннего интерфейса, облегчающего взаимодействие компонентов подсистемы друг с другом
высокоуровневые драйверы, независящие от аппаратуры
низкоуровневые (аппаратные) драйверы (Драйвер – системный программный модуль, управляющий устройством)
диспетчер прерываний
контроллеры устройств - независимость драйверов от аппаратной платформы (Контроллер - специализированный блок управления устройством вводавывода).
устройства
Диспетчер ввода-вывода определяет модель доставки запросов на ввод-вывод устройств:
Создает IRP (ай эр пи) (пакет запроса ввода-вывода)
Передает соответствующему драйверу указатель на IRP.
Удаляет пакет по завершении операции ввода-вывода
Структура IRP:
- тип и размер запроса;
- указатель на буфер, если ввод-вывод с использованием буфера;
- данные о состоянии запроса, изменяющиеся по мере обработки запроса;
- сведения о синхронности или асинхронности запроса
(Синхронное - при каждом запуске программы прерывание произойдёт при выполнении одной и той же команды.
Асинхронное - при каждом запуске программы прерывание может произойти при выполнении любой команды или не произойти вообще).
Plug and Play - технология, предназначенная для быстрого определения и конфигурирования устройств в компьютере и других технических устройствах. Объектами являются внешние устройства и программы.
Функции:
•Автоматическое распознавание установленных устройств (перечисление при загрузке и обнаружение или удаление во время работы системы).
•Выделение аппаратных ресурсов и их перераспределение (прерывания, диапазоны адресов ввода-вывода и т.д.).
•Загрузка драйверов соответствующих устройств.
•Позволяет приложениям и драйверам обнаруживать изменения в аппаратной конфигурации.
Запросы диспетчера Plug and Play драйверам устройств
• Запрос описания устройств, обнаруженных на шинах, соответствующим драйверам шин.
• Запрос процедуры добавления устройства драйверам устройства.
• Запрос на запуск устройства с указанием ресурсов, назначенным устройству.
• Запрос на проверку возможности отключения устройства.
• Запрос на отключение устройства.
• Запрос на проверку возможности временной приостановки работы устройства при перераспределении ресурсов.
• Запрос на временную приостановку устройства.
• Запрос на немедленное прекращение работы драйвера при неожиданном удалении устройства.