Как и для обычных драйверов устройств, рассмотренных ранее, прежде чем процесс сможет получить доступ к драйверу STREAMS, необходимо встроить драйвер в ядро системы и создать специальный файл устройства — файловый интерфейс доступа. Независимо от того, как именно осуществляется встраивание (статически с перекомпиляцией ядра, или динамически), для этого используются три структуры данных, определенных для любого драйвера или модуля STREAMS:
module_info
,
qinit
и
streamtab
. Связь между ними представлена на рис. 5.21.
Рис. 5.21. Конфигурационные данные драйвера (модуля) STREAMS
Структура
streamtab
используется ядром для доступа к точкам входа драйвера или модуля — к процедурам его очередей
xxopen
,
xxclose
,
xxput
и
xxservice
. Для этого
streamtab
содержит два указателя на структуры
qinit
, соответственно, для обработки сообщений очереди чтения и записи. Два других указателя, также на структуры
qinit
, используются только для мультиплексоров для обработки команды
I_LINK
, используемой при конфигурации мультиплексированного потока. Каждая структура
qinit
определяет процедуры, необходимые для обработки сообщений вверх и вниз по потоку (очередей чтения и записи). Функции
xxopen
и
xxclose
являются общими для всего модуля и определены только для очереди чтения. Все очереди модуля имеют ассоциированную с ними процедуру
xxput
, в то время как процедура
xxservice
определяется только для очередей, реализующих управление передачей. Каждая структура
qinit
также имеет указатель на структуру
module_info
, которая обычно определяется для всего модуля и хранит базовые значения таких параметров, как максимальный и минимальный размеры передаваемых пакетов данных (
mi_maxpsz
,
mi_minpsz
), значения ватерлиний (
mi_hiwat
,
mi_lowait
), а также идентификатор и имя драйвера (модуля) (
mi_idnum
,
mi_idname
).
Доступ к драйверам STREAMS осуществляется с помощью коммутатора символьных устройств — таблицы
cdevsw[]
. Каждая запись этой таблицы имеет поле
d_str
, которое равно
NULL
для обычных символьных устройств. Для драйверов STREAMS это поле хранит указатель на структуру
streamtab
драйвера. Таким образом, через коммутатор устройств ядро имеет доступ к структуре
streamtab
драйвера, а значит и к его точкам входа. Для обеспечения доступа к драйверу из прикладного процесса необходимо создать файловый интерфейс — т.е. специальный файл символьного устройства, старший номер которого был бы равен номеру элемента
cdevsw[]
, адресующего точки входа драйвера.
Создание потока
Поток создается при первом открытии с помощью системного вызова специального файла устройства, ассоциированного с драйвером STREAMS. Как правило, процесс создает поток в два этапа: сначала создается элементарный поток, состоящий из нужного драйвера и головного модуля (являющегося обязательным приложением), а затем производится встраивание дополнительных модулей для получения требуемой функциональности.
Процесс открывает поток с помощью системного вызова open(2), передавая ему в качестве аргумента имя специального файла устройства. При этом ядро производит трансляцию имени и обнаруживает, что адресуемый файл принадлежит файловой системе specfs, через которую в дальнейшем производятся все операции работы с файлом. В памяти размещается vnode этого файла и вызывается функция открытия файла для файловой системы specfs —
spec_open
. В свою очередь
spec_open
находит требуемый элемент коммутатора
cdevsw[]
и обнаруживает, что поле
d_str
ненулевое. Тогда она вызывает процедуру подсистемы STREAMS
stropen
, которая отвечает за размещение головного модуля и подключение драйвера. После выполнения необходимых операций поток приобретает вид, изображенный на рис. 5.22.
Рис. 5.22.
Структура потока после открытия
Головной модуль представлен структурой
stdata
, которая выполняет роль интерфейса между потоком и ядром системы при выполнении операций чтения, записи и управления. Индексный дескриптор vnode содержит указатель на эту структуру. Поля
q_ptr
структур
queue
головного модуля также указывают на
stdata
. Поля
q_qinfo
очередей
queue
указывают на структуры
qinit
, адресующие общие для всех головных модулей функции, реализованные самой подсистемой STREAMS.
Очереди чтения и записи драйвера связываются с соответствующими очередями головного модуля. Информация, хранящаяся в структуре
streamtab
используется для заполнения полей
q_qinfo
соответствующих структур queue драйвера указателями на процедурные интерфейсы очередей чтения и записи.
В завершение вызывается функция
xxopen
драйвера. При последующих операциях открытия потока функция
stropen
последовательно вызовет функции
xxopen
каждого модуля и драйвера, тем самым информируя их, что другой процесс открыл тот же поток, и позволяя разместить соответствующие структуры данных для обработки нескольких каналов одновременно. Обычно открытие потоков производится через драйвер клонов.
После открытия потока процесс может произвести встраивание необходимых модулей. Для этого используется системный вызов ioctl(2). Команда
I_PUSH
этой функции служит для встраивания модулей, а команда
I_POP
— для извлечения модулей из потока. Приведем типичный сценарий конструирования потока:
fd = open("/dev/stream", O_RDWR);
ioctl(fd, I_PUSH, "module1");
ioctl(fd, I_PUSH, "module2");
...
ioctl(fd, I_POP, (char*)0);
ioctl(fd, I_POP, (char*)0);
close(fd);
В этом примере процесс открыл поток /dev/stream, а затем последовательно встроил модули module1 и module2. Заметим, что команда
I_PUSH
системного вызова ioctl(2) встраивает модуль непосредственно после головного модуля. После выполнения операций ввода/вывода, процесс извлек модули и закрыл поток. [64]
64
При закрытии потока все встроенные модули извлекаются автоматически.
Поскольку модули описываются такими же структурами данных, что и драйверы, схемы их встраивания похожи. Как и в случае драйверов, для заполнения полей
q_qinfo
структур queue используются данные из структуры
streamtab
модуля. Для хранения информации, необходимой для инициализации модуля, во многих версиях UNIX используется таблица
fmodsw[]
, каждый элемент которой хранит имя модуля и указатель на структуру
streamtab
. После установления всех связей вызывается функция
xxopen
модуля.
Управление потоком
Управление потоком осуществляется прикладным процессом с помощью команд системного вызова ioctl(2):
#include <sys/types.h>
#include <stropts.h>
#include <sys/conf.h>
int ioctl(int fildes, int command, ... /* arg */);
Хотя часть команд обрабатывается исключительно головным модулем потока, другие предназначены промежуточным модулям или драйверу. Для этого головной модуль преобразует команды ioctl(2) в сообщения и направляет их вниз по потоку. При этом возникают две потенциальные проблемы: синхронизация процесса с системным вызовом (поскольку передача сообщения и реакция модуля имеют асинхронный характер) и передача данных между процессом и модулем.