Операционная система UNIX
Шрифт:
Встраивание драйверов в ядро
Драйвер устройства является частью кода ядра операционной системы и обеспечивает взаимодействие других подсистем UNIX с физическими или псевдоустройствами. Существует два основных метода встраивания кода и данных драйвера в ядро операционной системы: перекомпиляция ядра, позволяющая статически поместить драйвер, и динамическая загрузка драйвера в ядро в процессе работы системы.
Традиционно для встраивания драйвера в ядро UNIX требуется перекомпиляция ядра и перезапуск системы. Принципиально эта процедура не отличается от компиляции обычной программы, все компоненты ядра являются объектными модулями и редактор связей объединяет их с объектным модулем драйвера для получения исполняемого файла. В этом случае драйвер встраивается в ядро статически, т. е. независимо от фактического наличия устройства и ряда
Однако тенденция развития современных версий операционной системы UNIX заключается в предоставлении возможности динамического расширения функциональности ядра. Это, в частности, относится к файловой системе, драйверам устройств и сетевым протоколам (точнее, драйверам подсистемы STREAMS). Возможность работы с новыми периферийными устройствами без необходимости перекомпиляции ядра обеспечивается загружаемыми драйверами. Вместо того чтобы встраивать модуль драйвера, основываясь на статических таблицах и интерфейсах, ядро содержит набор функций, позволяющих загрузить необходимые драйверы и, соответственно, выгрузить их, когда необходимость работы с данным устройством отпадает. При этом структуры данных для доступа к драйверам устройств также являются динамическими.
Динамическая установка драйвера в ядро операционной системы требует выполнения следующих операций:
Размещение и динамическое связывание символов драйвера. Эта операция аналогична загрузке динамических библиотек, и выполняется специальным загрузчиком.
Инициализация драйвера и устройства.
Добавление точек входа драйвера в соответствующий коммутатор устройств.
Установка обработчика прерываний драйвера.
Естественно, код динамически загружаемых драйверов сложнее, и содержит, помимо стандартных точек входа, ряд функций, отвечающих за загрузку и выгрузку драйвера, а также ряд дополнительных структур. Пример дополнительных функций и структур данных, которые должны быть определены в динамически загружаемом драйвере операционной системы Solaris 2.5, приведен в табл. 5.2.
Таблица 5.2. Дополнительные функции и структуры данных для загружаемых драйверов
| _init | Функция инициализации и установки, вызываемая при загрузке драйвера |
| _fini | Функция, вызываемая перед выгрузкой драйвера, удаляющая его из системы |
| _infо | Функция, возвращающая информацию о драйвере по запросу ядра |
| struct modlinkage | Структура, используемая функциями _init , _fini и _info при загрузке, выгрузке и получении информации о драйвере |
| struct modldrv | Структура, экспортируемая ядру при загрузке драйвера, в частности, содержит адреса точек входа в драйвер |
Помимо этого Solaris 2.5 предоставляет ряд функций ядра для работы с динамически загружаемыми драйверами: mod_install(9F), mod_remove(9F) и mod_info(9F).
Блочные устройства
Драйверы блочных устройств предназначены для обслуживания периферийного оборудования, обеспечивающего обмен данными с помощью фрагментов фиксированной длины, называемыми блоками, размер которых значительно превышает один байт. В основном эти драйверы используются файловой подсистемой и подсистемой управления памятью. Например, свопинг характеризуется обменом данными с устройством вторичной памяти, размер которых обычно равен размеру страницы, что составляет 4 или 8 Кбайт. Файловая подсистема производит чтение и запись данных фрагментами, размер которых равен одному или нескольким блокам устройства. Типичными представителями блочных устройств являются жесткий и гибкий диски.
Блочные устройства можно разделить на два типа в зависимости от того, используются ли они для хранения файловой системы или нет. Соответственно различается и схема доступа к этим устройствам.
Вообще говоря, операции ввода/вывода для блочного устройства могут быть вызваны рядом событий:
Чтением или записью в обычный файл.
Чтением или записью непосредственно в специальный файл устройства.
Операциями подсистемы управления памятью: страничным замещением или свопингом.
Доступ к блочным устройствам осуществляется с помощью трех основных точек входа:
| b_flags | Флаги. Определяют состояние буфера (например, B_BUSY или B_DONE ) и направление передачи данных (B_READ , B_WRITE , B_PHYS ) |
av_back , av_forw | Указатели двухсвязного рабочего списка буферов, ожидающих обработки драйвером |
| b_bufsize | Размер буфера |
| b_un.b_addr | Виртуальный адрес буфера |
| b_blkno | Номер блока начала данных на устройстве |
| b_bcount | Число байтов, которые требуется передать |
| b_dev | Старший и младший номера устройства |
Использование заголовка
Рис. 5.7. Обмен данными с блочным устройством (диском)
Ядро адресует дисковый блок, указывая vnode и смещение. Если доступ осуществляется к специальному файлу устройства, то смещение является физическим, отсчитываемым от начала устройства. Например, если специальный файл устройства /dev/dsk/c0t0d0s1 обеспечивает доступ ко второму разделу жесткого диска, то смещение будет отсчитываться от начала этого раздела. Если vnode представляет обычный файл, то смещение является логическим, отсчитываемым от начала файла.
Таким образом, блок устройства, содержащего файловую систему, может быть адресован двумя способами — либо через обычный файл и логическое смещение, либо через специальный файл устройства и физическое смещение на этом устройстве. Это, в свою очередь, может привести к различной идентификации одного и того же блока и, как следствие, двум различным копиям блока в памяти. Результатом такого несоответствия может стать потеря или нарушение целостности данных. Поэтому непосредственный доступ к специальному файлу такого устройства возможен только при размонтированной файловой системе.