Операционная система UNIX

Робачевский Андрей Михайлович

Управление передачей данных в потоке требует согласованной работы всех модулей. Например, если процедура

xxput

буферизует сообщения для последующей обработки

xxservice

, такой алгоритм должен выполняться для всех сообщений. [62] В противном случае, это может привести к нарушению порядка сообщений, и как следствие, к потере данных.

Когда запускается процедура

xxservice

, она должна обработать все сообщения очереди. "Уважительной" причиной прекращения обработки является переполнение очереди следующего по потоку модуля. В противном случае нарушается механизм управления передачей, и очередь может навсегда лишиться обработки.

62

Более

точно — для всех сообщений с данным приоритетом.

Драйвер

Драйверы и модули очень похожи, они используют одинаковые структуры данных (

streamtab

,

qinit

,

module_info

) и одинаковый интерфейс (

xxopen

,

xxput

,

xxservice

и

xxclose

). Однако между драйверами и модулями существуют различия.

Во-первых, только драйверы могут непосредственно взаимодействовать с аппаратурой и отвечать за обработку аппаратных прерываний. Поэтому драйвер должен зарегистрировать в ядре соответствующий обработчик прерываний. Аппаратура обычно генерирует прерывания при получении данных. В ответ на это драйвер копирует данные от устройства, формирует сообщение и передает его вверх по потоку.

Во-вторых, к драйверу может быть подключено несколько потоков. Как уже обсуждалось, на мультиплексировании потоков построены многие подсистемы ядра, например, поддержка сетевых протоколов. В качестве мультиплексора может выступать только драйвер. Несмотря на то что драйвер в этом случае не является оконечным модулем (см., например, рис. 5.15), размещение драйверов существенным образом отличается от встраивания модулей.

Наконец, процесс инициализации драйверов и модулей различен. Функция

xxopen

драйвера вызывается при открытии потока, в то время как инициализация модуля происходит при встраивании.

Головной модуль

Обработку системных вызовов процессов осуществляет головной модуль. Головной модуль потока является единственным местом, где возможно блокирование обработки и, соответственно, процесса, в контексте которого осуществляется операция ввода/вывода. Головной модуль является внешним интерфейсом потока, и хотя его структура похожа на структуру обычного модуля, функции обработки здесь обеспечиваются самой подсистемой STREAMS. В отличие от точек входа в модуль или драйвер потока, реализующих специфическую для данного устройства обработку, функции головного модуля выполняют ряд общих для всех потоков задач, включающих:

 Трансляцию данных, передаваемых процессом с помощью системных вызовов, в сообщения и передачу их вниз по потоку.

 Сообщение об ошибках и отправление сигналов процессам, связанным с потоком.

 Распаковку сообщений, переданных вверх по потоку, и копирование данных в пространство ядра или задачи.

Процесс передает данные потоку с помощью системных вызовов write(2) и putmsg(2). Системный вызов write(2), представляющий собой унифицированный интерфейс передачи данных любым устройствам, позволяет производить передачу простых данных в виде потока байтов, не сохраняя границы логических записей. Системный вызов putmsg(2), предназначенный специально для работы с потоками, позволяет процессу за один вызов передать управляющее сообщение и данные. Головной модуль преобразует эту информацию в единое сообщение с сохранением границ записи.

Системный вызов putmsg(2) имеет вид:

#include <stropts.h>

int putmsg(int fildes, const struct strbuf *ctlptr,

 const struct strbuf* dataptr, int flags);

С помощью этого вызова головной модуль формирует сообщение, состоящее из управляющей части

M_PROTO

и данных, передаваемых в блоках

M_DATA

. Содержимое сообщения передается с помощью указателей на структуру

strbuf

—

ctlptr

для управляющего блока и

dataptr

для блоков данных.

Структура

strbuf

имеет следующий формат:

struct strbuf {

 int maxlen;

 int len;

 void *buf;

}

где

maxlen

не используется,

len

— размер передаваемых данных,

buf

— указатель на буфер.

С помощью аргумента

flags

процесс может передавать экстренные сообщения, установив флаг

RS_HIPRI

.

В обоих случаях головной модуль формирует сообщение и с помощью функции canput(9F) проверяет, способен ли следующий вниз по потоку модуль, обеспечивающий механизм управления передачей, принять его. Если canput(9F) возвращает истинный ответ, сообщение передается вниз по потоку с помощью функции putnext(9F), а управление возвращается процессу. Если canput(9F) возвращает ложный ответ, выполнение процесса блокируется, и он переходит в состояние сна, пока не рассосется образовавшийся затор. Заметим, что возврат системного вызова еще не гарантирует, что данные получены устройством. Возврат из write(2) или putmsg(2) свидетельствует лишь о том, что данные были успешно скопированы в адресное пространство ядра, и в виде сообщения направлены вниз по потоку.

Процесс может получить данные из потока с помощью системных вызовов read(2) и getmsg(2). Стандартный вызов read(2) позволяет получать только обычные данные без сохранения границ сообщений. [63] В отличие от этого вызова getmsg(2) позволяет получать данные сообщений типов

M_DATA

и

M_PROTO

, при этом сохраняются границы сообщений. Например, если полученное сообщение состоит из блока

M_PROTO

и нескольких блоков

M_DATA

, вызов getmsg(2) корректно разделит сообщение на две части: управляющую информацию и собственно данные.

63

С помощью сообщения

M_SETOPTS

можно дать указания головному модулю обрабатывать сообщения

M_PROTO

как обычные данные. В этом случае вызов read(2) будет возвращать содержимое как сообщений

M_DATA

, так и

M_PROTO

. Однако информация о типе сообщения (данных) и границы сообщений сохранены не будут.

Вызов getmsg(2) имеет вид:

#include <stropts.h>

int getmsg(int fildes, struct strbuf *ctlptr,

 struct strbuf *dataptr, int *flagsp);

С помощью вызова getmsg(2) прикладной процесс может получить сообщение, причем его управляющие и прикладные данные будут помещены в буферы, адресуемые

ctlptr

и

dataptr

соответственно. Так же как и в случае putmsg(2) эти указатели адресуют структуру

strbuf

, которая отличается только тем, что поле

maxlen

определяет максимальный размер буфера, a

len

устанавливается равным фактическому числу полученных байтов. По умолчанию getmsg(2) получает первое полученное сообщение, однако с помощью флага

RS_HIPRI

, установленного в переменной, адресуемой аргументом

flagsp

, процесс может потребовать получение только экстренных сообщений.

В обоих случаях, если данные находятся в головном модуле, ядро извлекает их из сообщения, копирует в адресное пространство процесса и возвращает управление последнему. Если же в головном модуле отсутствуют сообщения, ожидающие получения, выполнение процесса блокируется, и он переходит в состояние сна до прихода сообщения.

Когда головной модуль получает сообщение, ядро проверяет, ожидает ли его какой-либо процесс. Если такой процесс имеется, ядро пробуждает процесс, копирует данные в пространство задачи и производит возврат из системного вызова. Если ни один из процессов не ожидает получения сообщения, оно буферизуется в очереди чтения головного модуля.