4. Включение, удаление драйверов из системы

Изначально Unix-системы предполагали, как и большинство систем, «жесткие» статические встраивание драйверов в код ядра. Это означало, что при добавлении нового драйвера или удалении существующего необходимо было выполнить достаточно трудоемкую операцию перетрансляции (когда ядро создается «с нуля») или, как минимум, перекомпоновку (когда есть готовые объектные модули) ядра. Соответственно, эти операции требовали серьезных навыков от системного администратора. Чтобы минимизировать число перекомпоновок ядра, надо было максимизировать число драйверов, встроенных в систему. Но такая модель была неэффективной, поскольку в системе присутствовали драйверы, которые никак не используются.

Альтернативной моделью, существующей и по сей день, является модель динамического связывания драйверов. В этом случае в системе присутствуют программные средства, позволяющие динамически, «на лету» подключить к операционной системе тот или иной драйвер. Данная модель предполагает решение следующих задач. Во-первых, это задача именования устройства. Во-вторых, инициализация драйвера (т.е. формирование системных областей данных и т.п.) и устройства (приведение устройства в начальное состояние). В-третьих, добавление данного драйвера в соответствующую таблицу драйверов устройств (либо блок-, либо байт-ориентированных). И, наконец, «установка» обработчика прерывания, т.е. предоставление ядру информации, что при возникновении определенного прерывания управление необходимо передать в соответствующую точку входа в данный драйвер.

Для реализации указанной модели в различных системах имеются разные средства: разные системные вызовы и разные, соответственно, команды, при этом обычно присутствуют как команды подключения драйверов, так и симметричные команды удаления драйверов.

5. Организация обмена данными с файлами

В этом разделе мы рассмотрим механизм организации обмена данными с файлами, после чего станет понятным, что происходит в системе, когда один и тот же файл открывается в системе одновременно несколькими процессами, а в каждом из них, возможно, по нескольку раз.

Для организации операций обмена в ОС Unix используются системные таблицы и структуры, часть которых ассоциирована с каждым процессом (т.е. они располагаются в адресном пространстве процесса), а часть — с самой ОС.

Таблица открытых файлов (ТОФ) создается в адресном пространстве процесса. Каждая запись этой таблицы соответствует открытому в процессе файлу. Говоря о номере дескриптора открытого в процессе файла, — т.н. файловый дескриптор — подразумевается соответствующий номер записи в таблице открытых файлов процесса. Размер данной таблицы определяется при настройке операционной системы: этот параметр декларирует предельное количество открытых в одном процессе файлов.

Каждая запись ТОФ содержит целый набор атрибутов, который в данный момент нам не интересен, но в этом наборе имеется один достаточно важный атрибут — это ссылка на номер записи в таблице файлов операционной системы (ТФ). Таблица файлов ОС является системной таблицей, она представлена в системе в единственном экземпляре. В этой таблице происходит регистрация всех открытых в системе файлов.

В таблице файлов ОС помимо прочего содержатся такие атрибуты, как указатель чтения/записи (ссылающийся на позицию в файле, начиная с которой будет происходить, соответственно, чтение или запись), счетчик кратности (речь о нем пойдет ниже) и ссылка на таблицу индексных дескрипторов открытых файлов.

Таблица индексных дескрипторов открытых файлов (ТИДОФ) также является системной структурой данных, содержащей перечень индексных дескрипторов всех открытых в данный момент в системе файлов. Каждая запись этой таблицы содержит актуальную копию открытого в системе индексного дескриптора. Здесь также хранится целый набор параметров, среди которых имеется и счетчик кратности.

Для иллюстрации рассмотрим следующий пример (Рис. 148.). Пускай в системе запущен Процесс₁, для которого система при его создании сформировала ТОФ₁. Затем этот процесс посредством обращения к системному вызову open() открывает файл с именем name. Это означает, что в свободном месте этой таблицы заводится файловый дескриптор для работы с данным файлом. В этой записи ТОФ хранится ссылка на соответствующую запись в ТФ. Если файл открывается впервые в системе, то в ТФ заводится новая запись для работы с этим файлом. В данной записи хранится указатель чтения/записи, а также коэффициент кратности, который в начале устанавливается в значение 1 — это означает, что с данной записью ТФ ассоциирована единственная запись из какой-либо ТОФ. И, конечно, в данной записи ТФ хранится ссылка на запись в ТИДОФ, содержащую актуальную копию индексного дескриптора обрабатываемого файла. Таблицы ТФ и ТИДОФ хранят оперативную информацию, поэтому они располагаются в ОЗУ. Соответственно, файловая система, работая с блоками открытого файла, оперирует данными, хранимыми именно в ТИДОФ.