Задачи программного обеспечения ввода-вывода

Основные задачи, которые должно решать программное обеспечение ввода-вывода:

o Независимость от устройств - например, программа, читающая данные из файла не должна задумываться с чего она читает (CD, HDD и др.). Все проблемы должна решать ОС.

o Единообразное именование - имя файла или устройства не должны отличаться. (В системах UNIX выполняется дословно).

o Обработка ошибок - ошибки могут быть отловлены на уровне контроллера, драйвера и т.д.

o Перенос данных - синхронный и асинхронный (в последнем случае процессор запускает перенос данных, и переключается на другие задачи до прерывания).

o Буферизация

o Проблема выделенных (принтер) и невыделенных (диск) устройств - принтер должен предоставляться только одному пользователю, а диск многим. ОС должна решать все возникающие проблемы.

Три основных способа осуществления операций ввода-вывода:

o Программный ввод-вывод

o Управляемый прерываниями ввод-вывод

o Ввод-вывод с использованием DMA

Рассмотрим их подробнее.

Программный ввод-вывод

В этом случае всю работу выполняет центральный процессор.

Рассмотрим процесс печати строки ABCDEFGH этим способом.

Этапы печати строки ABCDEFGH

Алгоритм печати:

1. Строка для печати собирается в пространстве пользователя.

2. Обращаясь к системному вызову, процесс получает принтер.

3. Обращаясь к системному вызову, процесс просит распечатать строку на принтере.

4. Операционная система копирует строку в массив, расположенный в режиме ядра.

5. ОС копирует первый символ в регистр данных принтера, который отображен на памяти.

6. Символ печатается на бумаге.

7. Указатель устанавливается на следующий символ.

8. Процессор ждет, когда бит готовности принтера выставится в готовность.

9. Все повторяется.

При использовании буфера принтера, сначала вся строка копируется в буфер, после этого начинается печать.

Управляемый прерываниями ввод-вывод

Если в предыдущем примере буфер не используется, а принтер печатает 100 символов в секунду, то на каждый символ будет уходить 10мс, в это время процессор будет простаивать, ожидая готовности принтера.

Рассмотрим тот же пример, но с небольшим усовершенствованием.

Алгоритм печати:

1. До пункта 8 тоже самое.

2. Процессор не ждет готовности принтера, а вызывает планировщик и переключается на другую задачу. Печатающий процесс блокируется.

3. Когда принтер будет готов, он посылает прерывание процессору.

4. Процессор переключается на печатающий процесс.

Ввод-вывод с использованием DMA

Недостаток предыдущего метода в том, что прерывание происходит при печати каждого символа.

Алгоритм не отличается, но всю работу на себя берет контроллер DMA.

Программные уровни и функции ввода-вывода

Четыре уровня ввода-вывода:

Уровни ввода-вывода

Обработчики прерываний

Прерывания должны быть скрыты как можно глубже в недрах операционной системы, чтобы как можно меньшая часть ОС имела с ними дело. Лучше всего блокировать драйвер, начавший ввод-вывод.

Алгоритм:

1. Драйвер начинает операцию ввод-вывод.

2. Драйвер блокирует сам себя,
- выполнив на семафоре процедуру down
- выполнив на переменной состояния процедуру wait
- выполнив на сообщении процедуру receive

3. Происходит прерывание

4. Обработчик прерываний начинает работу

5. Обработчик прерываний может разблокировать драйвер (например, выполнив на семафоре процедуру up)

Драйвера устройств

Драйвер устройства - необходим для каждого устройства. Для разных ОС нужны разные драйверы.

Драйверы должны быть частью ядра (в монолитной системе), что бы получить доступ к регистрам контроллера.

Это одна из основных причин приводящих к краху операционных систем. Потому что драйверы, как правило, пишутся производителями устройств, и вставляются в ОС.

Логическое расположение драйверов устройств. На самом деле обмен данными между контроллерами и драйверами идет по шине.

Драйвера должны взаимодействовать с ОС через стандартные интерфейсы.

Стандартные интерфейсы, которые должны поддерживать драйвера:

o Для блочных устройств

o Для символьных устройств

Раньше для установки ядра приходилось перекомпилировать ядра системы.

Сейчас в основном ОС загружают драйверы. Некоторые драйверы могут быть загружены в горячем режиме.

Функции, которые выполняют драйвера:

o обработка запросов чтения или записи

o инициализация устройства

o управление энергопотреблением устройства

o прогрев устройства (сканера)

o включение устройства или запуска двигателя

⇐ Предыдущая11121314151617181920

Поделиться:

Популярное:

1. I. Предмет и задачи дидактики
2. II. Предполагаемые союзники и их задачи
3. III. Целевые установки, задачи и направления обеспечения транспортной безопасности
4. VPN на базе программного обеспечения
5. Алгоритм решения транспортной задачи
6. Анализ подходов и методов решения задачи
7. Анализ современного состояния АПК в России: задачи и экономическая стратегия развития
8. АППАРАТНОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
9. Архитектура промежуточного программного обеспечения
10. Базовые понятия программного обеспечения реального времени
11. БИЛЕТ 1. Цели, задачи и основные принципы православной педагогики. Сотериологический характер педагогических воззрений Святых Отцов Церкви
12. БИЛЕТ 9. Вопрос 2. Психолого-педагогические задачи процесса духовно-нравственного становления личности на этапе вхождения в мир (наследство, зачатие, внутриутробное развитие, роды, новорожденность).