Драйверы устройств в ОС Unix

Ввиду существенных различий в работе с символьными и с блочными устройствами, в UNIX различаются два основных типа драйверов: символьные и блочные.

Для символьных устройств используются только символьные драйверы. Для каждого блочного устройства обычно имеется два разных драйвера: блочный и символьный. Блочный драйвер позволяет выполнять операции только с целым числом блоков, как и положено работать с блочными устройствами. Символьный драйвер блочного устройства является более высокоуровневой программой, которая имитирует выполнение операций чтения и записи произвольного количества байт, на самом деле используя обращения к блочному драйверу.

Помимо драйверов реальных физических устройств, система может включать драйверы «псевдоустройств». Примером может служить драйвер, обеспечивающий обращение программ к содержимому системной памяти.

При загрузке системы формируются две таблицы, для символьных и для блочных драйверов. Строки таблицы соответствуют конкретным драйверам, а столбцы – функциям, которые должен уметь выполнять драйвер, так что в ячейках таблицы содержатся адреса, по которым вызываются функции драйвера. Набор функций для символьных и для блочных драйверов слегка разнится, поэтому используются две разных таблицы.

К наиболее важным функциям драйвера относятся следующие.

· Открытие устройства. Как минимум, при этом увеличивается счетчик текущих обращений к устройству, что позволяет ставить обращения в очередь, если устройство занято. Некоторые устройства при открытии могут выполнять еще какие-то начальные действия.

· Закрытие устройства – операция, противоположная открытию.

· Обработка прерывания – выполняет ввод или вывод очередной порции данных, когда устройство переходит в состояние готовности.

· Опрос устройства – эта функция выполняется для тех устройств, которые не генерируют прерываний, или если при разработке драйвера почему-либо решено не использовать прерывания от устройств. Опрос выполняется не постоянно, а с некоторым периодом, по прерыванию от таймера.

· Чтение данных с устройства.

· Запись данных на устройство.

· Вызов стратегии. Это способ выполнения операций ввода/вывода, характерный для блочных устройств. При этом запрос может быть поставлен в очередь. Запрос в ряде случаев может быть удовлетворен путем обращения к дисковому кэшу, без выполнения чтения или записи на устройство.

· Выполнение специальных функций. Набор этих функций зависит от конкретного устройства. Это может быть, например, опрос или установка текущего режима работы устройства, форматирование дорожек диска, перемотка ленты и т.п.

Интересной отличительной особенностью UNIX является то, что для работы с периферийными устройствами прикладные программы могут и должны использовать те же средства, что для работы с файлами. Вообще, устройства в UNIX представлены как специальные файлы, вписанные в каталог файловой системы наравне с обычными файлами. Каждому драйверу устройства соответствует отдельный специальный файл, символьный или блочный, в зависимости от типа драйвера. Как правило, все специальные файлы размещаются в каталоге /dev. Чтобы начать работу с устройством, программа должна вызвать функцию открытия файла, указав ей имя специального файла. При этом происходит обращение к функции открытия из драйвера соответствующего устройства.

С каждым специальным файлом связаны два числа, называемые старшим и младшим номерами устройства. Старший номер определяет номер строки в таблице символьных либо блочных драйверов. Младший номер передается драйверу как дополнительный параметр. Он может означать, например, номер конкретного дискового устройства.