 |
Драйверы устройств в ОС Unix.
|
|
|
|
Управление внешними устройствами - это одна из важнейших функций любой операционной системы. Система должна обеспечивать эффективный и удобный доступ к периферийным устройствам, а также обеспечивать возможность унифицированной разработки программного обеспечения для вновь подключаемых внешних устройств. Рассмотрим, как эта проблема решается в ОС UNIX.
Устройство как специальный файл
Для доступа к внешним устройствам в ОС UNIX используется универсальная абстракция файла. Помимо настоящих файлов, которые реально занимают память на магнитных дисках, файловая система содержит так называемые специальные файлы, для которых, как и для настоящих файлов, отводятся отдельные i-узлы, но которым на самом деле соответствуют внешние устройства. Это решение позволяет естественным образом работать в одном и том же интерфейсе с любым файлом или внешним устройством.
Драйверы устройств. Любому программисту должно быть ясно, что простое объявление внешнего устройства специальным файлом не даст возможности работать с этим устройством, если не создан и соответствующим образом не подключен к системе специальный программный код, соответствующий специфике данного устройства.
Для профессионалов в области операционных систем драйверы ОС UNIX, в сущности, не представляют ничего нового. В любой системе драйвер устройства - это многовходовой программный модуль со своими статическими данными, который умеет инициировать работу с устройством, выполнять заказываемые пользователем обмены (на ввод или вывод данных), терминировать работу с устройством и обрабатывать прерывания от устройства.
Символьные драйверы являются простейшими в ОС UNIX и предназначаются для обслуживания устройств, которые реально ориентированы на прием или выдачу произвольных последовательностей байтов. Такие драйверы используют минимальный набор стандартных функций ядра UNIX, которые главным образом заключаются в возможности взять данные из виртуального пространства пользовательского процесса и/или поместить данные в такое виртуальное пространство.
|
|
|
Блочные драйверы - более сложные. Они работают с использованием возможностей системной буферизации блочных обменов ядра ОС UNIX. В число функций такого драйвера входит включение соответствующего блока данных в систему буферов ядра ОС UNIX и/или взятие содержимого буферной области в случае необходимости.
Наиболее сложной организацией отличаются потоковые драйверы. Фактически, такой драйвер представляет собой конвейер модулей, обеспечивающий многоступенчатую обработку запросов пользователя. Потоковые драйверы в среде ОС UNIX в основном предназначены для реализации доступа к сетевым устройствам, которые должны работать в соответствии с многоуровневыми сетевыми протоколами.
Блочные драйверы предназначаются для обслуживания внешних устройств с блочной структурой (магнитных дисков, лент и т.д.) и отличаются от прочих тем, что они разрабатываются и выполняются с использованием системной буферизации. Другими словами, такие драйверы всегда работают через системный буферный пул.
Символьные драйверы главным образом предназначены для обслуживания устройств, обмены с которыми выполняются посимвольно, либо строками символов переменного размера. Типичным примером символьного устройства является простой принтер, принимающий один символ за один обмен. Символьные драйверы не используют системную буферизацию. Они напрямую копируют данные из памяти пользовательского процесса при выполнении операций записи или в память пользовательского процесса при выполнении операций чтения, используя собственные буфера.
|
|
|
Потоковые драйверы
Основным назначением механизма потоков (streams) является повышение уровня модульности и гибкости драйверов со сложной внутренней логикой. Спецификой таких драйверов является то, что большая часть программного кода не зависит от особенностей аппаратного устройства. Более того, часто оказывается выгодно по-разному комбинировать части программного кода.
Все это привело к появлению потоковой архитектуры драйверов, которые представляют собой двунаправленный конвейер обрабатывающих модулей. В начале конвейера (ближе всего к пользовательскому процессу) находится заголовок потока, к которому прежде всего поступают обращения по инициативе пользователя. В конце конвейера (ближе всего к устройству) находится обычный драйвер устройства. В промежутке может располагаться произвольное число обрабатывающих модулей, каждый из которых оформляется в соответствии с обязательным потоковым интерфейсом.
Внешний и внутренний интерфейсы устройств
Независимо от типа файла пользовательский процесс может работать с файлом через стандартный интерфейс, включающий системные вызовы open, close, read и write. Ядро само распознает, нужно ли обратиться к его стандартным функциям или вызвать подпрограмму драйвера устройства. Другими словами, если процесс пользователя открывает для чтения обычный файл, то системные вызовы open и read обрабатываются встроенными в ядро подпрограммами open и read соответственно. Однако, если файл является специальным, то будут вызваны подпрограммы open и read, определенные в соответствующем драйвере устройства.
Команды Shell.
Командный язык shell фактически есть язык программирования очень высокого уровня. На этом языке пользователь осуществляет управление компьютером. Обычно, после входа в систему вы начинаете взаимодействовать с командной оболочкой. Признаком того, что оболочка (shell) готова к приему команд служит выдаваемый ею на экран промптер. В простейшем случае это один доллар ("$").
Стержневым элементом языка shell является команда.
3.1. Структура команд
Команды в shell обычно имеют следующий формат:
<имя команды> <флаги> <аргумент(ы)>
|
|
|
Например:
ls -ls /usr/binls имя команды выдачи содержимого директория,
-ls флаги ("-" - признак флагов, l - длинный формат, s - об'ем файлов в блоках).
/usr/bin директорий, для которого выполняется команда.
Эта команда выдаст на экран в длинном формате содержимое директория /usr/bin, при этом добавит информацию о размере каждого файла в блоках.
Как правило, первое слово shell воспринимает, как команду. Поэтому в командной строке
cat cat
первое слово будет расшифровано shell, как команда (конкатенации), которая выдаст на экран файл с именем "cat" (второе слово), находящийся в текущем директории.
3.2. Группировка команд.
Средства группировки:; и
<перевод строки> определяют последовательное выполнение команд;
& асинхронное (фоновое) выполнение предшествующей команды;
&& выполнение последующей команды при условии нормального завершения предыдущей, иначе игнорировать;
|| выполнение последующей команды при ненормальном завершении предыдущей, иначе игнорировать.
При выполнении команды в асинхронном режиме (после команды стоит один амперсанд) на экран выводится номер процесса, соответствующий выполняемой команде, и система, запустив этот фоновый процесс, вновь выходит на диалог с пользователем.
Иногда необходимо, чтобы все фоновые процессы завершились, прежде чем будет выполняться какой-то расчет. Для этого служит специальная команда "wait [PID]". Эта команда ждет завершения указанного идентификатором (числом) фонового процесса. Если команда без параметра, то она ждет завершения всех фоновых процессов, дочерних для данного "sh".
Для группировки команд также могут использоваться фигурные "{}" и круглые "()" скобки.
Круглые скобки "()", кроме выполнения функции группировки, выполняют и функцию вызова нового экземпляра интерпретатора shell.
3.3. Перенаправление команд
Стандартный ввод (вход) - "stdin" в ОС UNIX осуществляется с клавиатуры терминала, а стандартный вывод (выход) - "stdout" направлен на экран терминала. Существует еще и стандартный файл диагностических сообщений - "stderr", о котором речь будет чуть позже.
|
|
|
Команда, которая может работать со стандартным входом и выходом, называется ФИЛЬТРОМ.
Пользователь имеет удобные средства перенаправления ввода и вывода на другие файлы (устройства). Символы ">" и ">>" обозначают перенаправление вывода.
3.4. Генерация имен файлов.
При генерации имен используют метасимволы: * произвольная (возможно пустая) последовательность символов;
? один произвольный символ;
[...] любой из символов, указанных в скобках перечислением и/или с указанием диапазона;
cat f* выдаст все файлы каталога, начинающиеся с "f";
cat *f* выдаст все файлы, содержащие "f";
cat program.? выдаст файлы данного каталога с однобуквенными расширениями, скажем "program.c" и "program.o", но не выдаст "program.com";
cat [a-d]* выдаст файлы, которые начинаются с "a", "b", "c", "d". Аналогичный эффект дадут и команды "cat [abcd]*" и "cat [bdac]*".
3.5. Командные файлы.
Для того, чтобы текстовый файл можно было использовать как команду, существует несколько возможностей.
Пусть с помощью редактора создан файл с именем "cmd", содержащий одну строку следующего вида:
date; pwd; ls
Можно вызвать shell как команду (!), обозначаемую "sh", и передать ей файл "cmd", как аргумент или как перенаправленный вход, т.е.
$ sh cmd или $ sh <cmd
В результате выполнения любой из этих команд будет выдана дата, затем имя текущего каталога, а потом содержимое каталога.
|
|
|
