6.1.2Программное управление внешними устройствами
Рассмотрим архитектуру программного управления внешними устройствами, которую можно представить в виде некоторой иерархии (Рис. 135.). В основании лежит аппаратура, а далее следуют программные уровни, начиная с уровня программ обработки прерываний, затем — драйверы физических устройств, а на вершине иерархии лежит уровень драйверов логических устройств, причем каждый уровень строится на основании нижележащего уровня.
Иерархия архитектуры программного управления внешними устройствами.
Можно выделить следующие цели программного управления устройствами. Во-первых, это унификация программных интерфейсов доступа к внешним устройствам. Иными словами, это стандартизация правил использования различных устройств. Преследуя данную цель, мы абстрагируемся от аппаратных характеристик обмена. Если данная цель достигнута, то, например, пользователь, пожелавший распечатать текстовый файл, не надо будет заботиться об организации управления конкретным печатающим устройством, ему достаточно воспользоваться некоторым общим программным интерфейсом.
Следующая цель — это обеспечение конкретной модели синхронизации при выполнении обмена (синхронный или асинхронный обмен). Отметим здесь, что, несмотря на то, что синхронный вид обмена появился хронологически одним из первых, он остается актуальным и по сей день. Таким образом, ставится цель поддерживать оба вида обмена, а выбор конкретного типа зависит от пользователя.
Еще одной целью является выявление и локализация ошибок, а также устранение их последствий. Для любой системы справедливо, что чем более она сложна, тем больше статистически в ней возникает сбоев. Соответственно, система должна быть организована таким образом, чтобы она могла выявить момент появления сбоя и стараться обработать эту сбойную ситуацию: либо самостоятельно ее обойти, либо известить пользователя.
Следующая цель — буферизация обмена — связана с различной производительностью основных компонентов системы. Заведомо известно, что любое внешнее устройство работает медленнее центральной части компьютера, и, соответственно, стоит проблема сглаживания разброса производительностей различных компонент системы. Причем, если речь идет об устройствах, не являющихся устройствами оперативного доступа, т.е. не является устройством, к которому идет массовое обращение на обмен от процессов, то для таких устройств проблема сглаживания отодвигается на второй план. Например, если это медленное устройство печати, то для него особо не требуется реализации буфера, а если дело касается магнитного диска, рассчитанного для использования в качестве массового устройства, то тут операции обмена должны обрабатываться по возможности быстро. Решением указанной задачи является организация разного рода кэширования в системе.
Также необходимо отметить такую цель, как обеспечение стратегии доступа к устройству (распределенный или монопольный доступ). Во время рассмотрения файловых систем ОС Unix говорилось, что один и тот же файл может быть доступен через множество файловых дескрипторов, которые могут быть распределены между различными процессами, т.е. файл может быть многократно открыт в системе, и система позволяет организовывать распределенный доступ к его информации. Система позволяет организовать управление этим доступом и синхронизацию. Система также позволяет организовать и монопольный доступ к устройству.
И, наконец, последней целью, которую стоит отметить, является планирование выполнения операций обмена. Это важная проблема, поскольку от качества планирования может во многом зависеть эффективность функционирования вычислительной системы. Неправильно организованное планирование очереди заказов на обмен может привести к деградации системы, связанной, к примеру, с началом голодания каких-то процессов и, соответственно, зависания их функциональности.