69290

Завдання підсистеми введення-виведення

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

У даному розділі розглядатимуться можливості ОС щодо керування пристроями введення-виведення, а саме: загальна організація підсистеми введення-виведення, різні способи виконання зазначених операцій, деякі особливості роботи цієї підсистеми ядра, засоби організації інтерфейсу...

Украинкский

2014-10-02

41.5 KB

5 чел.

Лекція № 17

Тема: Завдання підсистеми введення-виведення

План

  1.  Завдання підсистеми введення-виведення
  2.  Забезпечення ефективності доступу до пристроїв
  3.  Забезпечення спільного використання зовнішніх пристроїв
  4.  Універсальність інтерфейсу прикладного програмування
  5.  Універсальність інтерфейсу драйверів пристроїв

У даному розділі розглядатимуться можливості ОС щодо керування пристроями введення-виведення, а саме: загальна організація підсистеми введення-виведення, різні способи виконання зазначених операцій, деякі особливості роботи цієї підсистеми ядра, засоби організації інтерфейсу введення-виведення для прикладних програм, а також особливості функціонування відповідних драйверів для Linux і Windows XP.

Завдання підсистеми введення-виведення

Основним завданням підсистеми введення-виведення є реалізація доступу до зовнішніх пристроїв із прикладних програм, яка повинна забезпечити:

ефективність (можливість використання ОС всіх засобів оптимізації, які надає апаратне забезпечення), спільне використання і захист зовнішніх пристроїв за умов багатозадачності;

універсальність для прикладних програм (ОС має приховувати від прикладних програм відмінності в інтерфейсі апаратного забезпечення, надаючи стандартний інтерфейс доступу до різних пристроїв), при цьому потрібно завжди залишати можливість прямого доступу до пристрою, оминаючи стандартний інтерфейс;

універсальність для розробників системного програмного забезпечення (драйверів пристроїв), щоб під час розробки драйвера для нового пристрою можна було скористатися наявними напрацюваннями і легко забезпечити інтеграцію цього драйвера у підсистему введення-виведення.

Забезпечення ефективності доступу до пристроїв

Забезпечення ефективності вимагає розв'язання кількох важливих задач.

Передусім — це коректна взаємодія процесора із контролерами пристроїв. Відомо, що кожен зовнішній пристрій має контролер, який забезпечує керування пристроєм на найнижчому рівні і є фактично спеціалізованим процесором. Після отримання команди від ОС контролер забезпечує її виконання, при цьому пристрій якийсь час не взаємодіє із процесором комп'ютера, тому той може виконувати інші задачі. Виконавши команду, контролер повідомляє системі про завершення операції введення-виведення, генеруючи відповідну подію. Операційній системі в цьому разі потрібно спланувати процесорний час таким чином, щоб драйвери пристроїв могли ефективно реагувати на події контролера та було забезпечене виконання коду процесів користувача.

Керування пам'яттю під час введення-виведення. Оперативна пам'ять є швидшим ресурсом, ніж зовнішні пристрої, тому ОС може підвищувати ефективність доступу до пристроїв проміжним зберіганням даних у пам'яті (із використанням таких технологій, як кешування і буферизація).

Забезпечення спільного використання зовнішніх пристроїв

Під час спільного використання зовнішніх пристроїв мають виконуватися певні умови.

ОС повинна мати можливість забезпечувати одночасний доступ кількох процесів до зовнішнього пристрою і розв'язувати можливі конфлікти (тобто необхідна підтримка синхронізації доступу до пристроїв). Деякі пристрої (наприклад, модем або сканер) можна використати тільки одним процесом у конкретний момент часу, тоді як жорсткий диск завжди використовують спільно;

Слід забезпечити захист пристроїв від несанкціонованого доступу. Такий захист можна організувати або для пристрою як цілого (наприклад, можна відкрити модем для доступу тільки певній групі користувачів), або для деякої підмножини даних пристрою (наприклад, різні файли на жорсткому диску можуть мати різні права доступу).

У разі спільного використання пристрою треба розподілити операції введення-виведення різних процесів, для того щоб уникнути «накладок» даних одних процесів на дані інших (наприклад, під час спільного використання принтера важливо відрізняти одні задачі від інших і не переходити до друкування результатів наступної задачі до того, як завершилося виведення попередньої).

Універсальність інтерфейсу прикладного програмування

Оскільки пристрої введення-виведення доволі різноманітні, дуже важливо уніфікувати доступ до них із прикладних програм. Для реалізації цієї ідеї підсистема введення-виведення має використовувати набір базових абстракцій, під час застосування яких можна надати доступ до різних зовнішніх пристроїв узагальненим способом. Для більшості сучасних ОС такою абстракцією є абстракція файлу, що відображається як набір байтів, з яким можна працювати за допомогою спеціальних операцій файлового введення-виведення. До таких операцій належать, наприклад, системні виклики відкриття файлу ореn(), файлового читання read() і записування write(), описані у розділі 11. Файл, що відповідає пристрою (його називають файлом пристрою), не відповідає набору даних на диску, а є засобом організації універсального доступу різних компонентів ОС і прикладних програм до деякого пристрою введення-виведення. У цьому розділі зупинимося на цій концепції докладніше.

Зазначимо, що не всі пристрої добре «вписуються» у модель файлового доступу (до подібних пристроїв належить, наприклад, системний таймер). У цьому разі, з одного боку, ОС може надавати унікальний, нестандартний інтерфейс до таких пристроїв, з іншого — стандартного набору файлових операцій може бути недостатньо для використання всіх можливостей пристрою. Для вирішення цієї проблеми можна запропонувати два підходи.

  1.  Розширити допустимий набір операцій, створивши інтерфейс, що відображає особливості конкретного пристрою. Його будують на основі стандартного файлового інтерфейсу, створюючи операції, характерні для конкретного пристрою. Ці операції, в свою чергу, використовують стандартні виклики, подібні до read() і writeO.
  2.  Надати прикладним програмам можливість взаємодіяти із драйвером пристрою безпосередньо. Для цього звичайно пропонують універсальний системний виклик (в UNIX його називають ioctlO, у Windows XP - DeviceloCon-troH)), параметри якого задають необхідний драйвер, команду, яку потрібно виконати, і дані для неї.

Універсальність інтерфейсу драйверів пристроїв

Як відомо з розділу 2, драйвер пристрою — це програмний модуль, що керує взаємодією ОС із конкретним зовнішнім пристроєм.

Драйвер можна розглядати як транслятор, що отримує на свій вхід команди високого рівня, зумовлені його інтерфейсом із операційною системою, а на виході генерує низькорівневі інструкції, специфічні для апаратного забезпечення, яке він обслуговує. Звичайно на вхід драйвера команди надходять від підсистеми введення-виведення, у більшості ОС їх можна задавати і у прикладних програмах. На практиці драйвери зазвичай записують спеціальні набори бітів у пам'ять контролерів, повідомляючи їм, які дії потрібно виконати. Драйвери практично завжди виконують у режимі ядра. Вони можуть бути завантажені у пам'ять і вивантажені з неї під час виконання.

Набір драйверів, доступних для операційної системи, визначає набір апаратного забезпечення, із яким ця система може працювати. Якщо драйвер для потрібного гіристрою відсутній, користувачу залишається лише чекати, поки він не буде створений (альтернативою є самостійна розробка, однак більшість користувачів до розв'язання такого завдання не готові). Часто в цій ситуації користувач змушений перейти до використання іншої ОС. Для того щоб знизити ймовірність такого небажаного розвитку подій, підсистемі введення-виведення потрібно забезпечити

зручний універсальний і добре документований інтерфейс між драйверами й іншими компонентами операційної системи. Наявність такого інтерфейсу і зручного середовища розробки драйверів дає змогу спростити їхнє створення і розширити коло осіб, які можуть цим займатися (розробка драйверів має бути до снаги виробникам відповідного апаратного забезпечення).

Зручність середовища розробки драйверів визначає набір функцій і шаблонів, наданих програмістові. Часто набір засобів, призначений для розробки драйверів під конкретну операційну систему, постачають розробники цієї ОС у вигляді окремого продукту, який називають DDK (Driver Development Kit). У нього входять заголовні файли, бібліотеки, можливо, спеціальні версії компіляторів і налагоджувачів, а також документація.

Питання для самоконтролю:

  1.  Завдання підсистеми введення-виведення
  2.  Забезпечення ефективності доступу до пристроїв
  3.  Забезпечення спільного використання зовнішніх пристроїв
  4.  Універсальність інтерфейсу прикладного програмування
  5.  Універсальність інтерфейсу драйверів пристроїв


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14464. Ідентичність Європейського Союзу 274 KB
  Ідентичність Європейського Союзу 1. Ціннісні засади Союзу Надзвичайно щільна економічна інтеграція а тим паче інтеграція з політичних питань стали можливими лише завдяки тому що державичлени обєдналися навколо спільних цінностей. Їхнє недотримання однією з д...
14465. США в системе современных международных отношений (по оценкам Ф.Закария, Дж. Ная, Зб. Бжезинского) 15.5 KB
  США в системе современных международных отношений по оценкам Ф.Закария Дж. Ная Зб. Бжезинского. С средины 2000х годов особенно кризиса 2008 года начинается переосмысление роли США в системе МО. Начинают говорить о конце американского доминирования. Фарид Закария в книг...
14467. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВНЕШНЕЙ ПОЛИТИКИ США 16.83 KB
  ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВНЕШНЕЙ ПОЛИТИКИ США. Теоретические основы современной внешней политики США можно раскрыть преимущественно через анализ работ американских специалистов.Концепции американской внешней политики воплощаются во внешнеполитической деятельности Со
14468. ФОРМИРОВАНИЕ ВНЕШНЕПОЛИТИЧЕСКИЕ КУРСА В США. РОЛЬ СОВЕТА НАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ. СТРУКТУРА СНБ 18.91 KB
  ФОРМИРОВАНИЕ ВНЕШНЕПОЛИТИЧЕСКИЕ КУРСА В США. РОЛЬ СОВЕТА НАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ. СТРУКТУРА СНБ. Разработкой и проведением американской внешней политики согласованием позиций различных ведомств и координацией их международной деятельности занимается Совет нац
14469. РЕФОРМИРОВАНИЕ ВНЕШНЕПОЛИТИЧЕСКОГО КУРСА США В ПЕРИОД ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНСТВА Б.ОБАМЫ. СРАТЕГИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ – 2010 18.5 KB
  РЕФОРМИРОВАНИЕ ВНЕШНЕПОЛИТИЧЕСКОГО КУРСА США В ПЕРИОД ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНСТВА Б.ОБАМЫ. СРАТЕГИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ 2010. С приходом к власти Барак Обама определил задачи во внешней политике в качестве основных для своей администрации. Большинство американски
14470. Исторические этапы формирования основных принципов внешней политики США 17.92 KB
  Исторические этапы формирования основных принципов внешней политики США. Внешняя политика США стала оформляться лишь в 20е годы 19 века. Знаковым явлением в данном процессе стала известная €œдоктрина Монро€. 2 декабря 1823 г. американский президент Джеймс Монро изложил в
14471. Государственный департамент США. «Четырехлетний обзор дипломатии и развития международных отношений.2010» 18.57 KB
  Государственный департамент США. Четырехлетний обзор дипломатии и развития международных отношений.2010. Государственный департамент образован в 1789 году вместе с ним в этом же году появляется пост государственного секретаря. ГосДеп Государственный департамент явл...
14472. Становление ОВПБ 21.06 KB
  Становление ОВПБ Первая попытка интеграции была предпринята в начале 1952 года Франция ФРГ Италия и Бельгия Нидерланды Люксембург подписали договор об учреждении Европейского Оборонительного сообщества ЕОС. Однако парламент Франции заблокировал создание ЕОС. Интег...