Тема 10. Керування вводом-виводом даних

1. Основні поняття і визначення.

2. Основні задачі супервізора вводу-виводу даних.

Як відомо, операції вводу/виводу вважається однією із самих складних областей проектування операційних систем. Будь-які операції по керуванню вводом/виводом об‘являються привілейованими і можуть виконуватися тільки кодом самої ОС. Для забезпечення цього принципу в більшості процесорів навіть вводяться режими користувача і супервізора. Як правило, у режимі супервізора виконання команд вводу/виводу дозволено, а в користувацькому режимі — заборонено.

У перелік основних задач, покладених на супервізор, входять наступні:

• супервізор вводу/виводу одержує запити на ввід/вивід від прикладних задач і від програмних модулів самої операційної системи. Ці запити перевіряються на коректність, і якщо запит виконаний по специфікаціях і не містить помилок, він обробляється далі, у противному випадку користувачу (задачі) видається відповідне діагностичне повідомлення про недійсність (некоректність) запиту;

• супервізор вводу/виводу викликає відповідні розподільники каналів і контролерів, планує ввід/вивід (визначає чергу надання пристроїв вводу/виводу задачам, що потребують їх). Запит на введення/виведення або відразу виконується, або ставиться в чергу на виконання;

• супервізор вводу/виводу ініціює операції вводу/виводу (передає керування відповідним драйверам) і у випадку керування вводом/виводом з використанням переривань надає процесор диспетчеру задач для того, щоб передати його першій задачі, що стоїть в черзі на виконання;

• при одержанні сигналів переривань від пристроїв вводу/виводу супервізор ідентифікує їх (рис.9.1) і передає керування відповідній програмі обробки переривання (як правило, на секцію продовження драйвера);

• супервізор вводу/виводу здійснює передачу повідомлень про помилки, якщо такі виникають в процесі керування операціями вводу/виводу;

• супервізор вводу/виводу посилає повідомлення про завершення операції вводу/виводу процесу, що запросив цю операцію, і знімає його зі стану чекання вводу/виводу, якщо процес очікував завершення операції.

У випадку якщо пристрій вводу/виводу є ініціативним, керування з боку супервізора вводу/виводу буде полягати в активізації відповідного обчислювального процесу (переклад його в стан готовності до виконання). Ініціативним називають такий пристрій (зазвичай це датчики, зовнішній пристрій, а не пристрій вводу/виводу), по сигналі переривання від якого запускається відповідна йому програма. Така програма, з одного боку, не є драйвером, і керувати операціями обміну даними немає необхідності. Але, з іншого боку, запуск такої програми здійснюється саме по подіях, які зв'язані з генерацією відповідного сигналу пристроєм вводу/виводу. Різниця між драйверами, що працюють по перериваннях, і ініціативними програмами полягає в статусі цих програмних модулів. Драйвер є компонентом операційної системи і часто виконується не як обчислювальний процес, а як системний об'єкт, а ініціативна програма є звичайним обчислювальним процесом, тільки його запуск здійснюється з ініціативи зовнішнього пристрою.

Таким чином, прикладні програми (а в загальному випадку — всі обробні програми) не можуть безпосередньо зв'язуватися з пристроями вводу/виводу незалежно від використання пристроїв (монопольно чи спільно). Установивши відповідні значення параметрів у запиті на ввід/вивід, що визначають необхідну операцію і кількість споживаних ресурсів, вони можуть передати керування супервізору вводу/виводу, що і запускає необхідні логічні і фізичні операції.

Згаданий вище запит на ввід/вивід повинний задовольняти вимогам API тієї операційної системи, у середовищі якої виконується додаток. Параметри, що вказуються в запитах на ввід/вивід, передаються не тільки в викликаючих послідовностях, створюваних по специфікаціях API, але і як дані, які зберігаються у відповідних системних таблицях. Усі параметри, які будуть стояти в викликаючій послідовності, поставляються компілятором і відбивають вимоги програміста і постійну інформацію про операційну систему й архітектуру комп'ютера в цілому. Змінна інформація про обчислювальну систему (її конфігурація, склад устаткування, склад і особливості системного програмного забезпечення) містяться в спеціальних системних таблицях. Процесору, каналам прямого доступу в пам'ять, контролерам необхідно передавати конкретну двійкову інформацію, за допомогою якої і здійснюється керування устаткуванням. Ця конкретна двійкова інформація у виді кодів і даних часто готується за допомогою препроцесорів, але частина її зберігається в системних таблицях.