Гордеев А.В. Операционные системы (2-е изд., 2004) (1186250), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

В противном случае пользователю (задаче) выдается соответству­ющее диагностическое сообщение о недействительности (некорректности) за­проса.2. Супервизор ввода-вывода получает запросы на ввод-вывод от супервизора за­дач или от программных модулей самой операционной системы.3. Супервизор ввода-вывода вызывает соответствующие распределители каналови контроллеров, планирует ввод-вывод (определяет очередность предоставле­ния устройств ввода-вывода задачам, затребовавшим эти устройства).

Запросна ввод-вывод либо тут же выполняется, либо ставится в очередь на выполне­ние.4. Супервизор ввода-вывода инициирует операции ввода-вывода (передает уп­равление соответствующим драйверам) и в случае управления вводом-выво­дом с использованием прерываний предоставляет процессор диспетчеру задачс тем, чтобы передать его первой задаче, стоящей в очереди на выполнение.5. При получении сигналов прерываний от устройств ввода-вывода супервизоридентифицирует эти сигналы (см. раздел «Прерывания» в главе 1) и передаетуправление соответствующим программам обработки прерываний.6.

Супервизор ввода-вывода осуществляет передачу сообщений об ошибках, еслитаковые происходят в процессе управления операциями ввода-вывода.7. Супервизор ввода-вывода посылает сообщения о завершении операции вводавывода запросившей эту операцию задаче и снимает ее с состояния ожиданияввода-вывода, если задача ожидала завершения операции.В случае, если устройство ввода-вывода является инициативным1, управление состороны супервизора ввода-вывода будет заключаться в активизации соответству­ющего вычислительного процесса (перевод его в состояние готовности к выполне­нию).Таким образом, прикладные программы (а в общем случае — все обрабатывающиепрограммы) не могут непосредственно связываться с устройствами ввода-выводанезависимо от того, в каком режиме используются эти устройства (монопольноили совместно), но, установив соответствующие значения параметров в запросе наввод-вывод, определяющие требуемую операцию и количество потребляемых ре­сурсов, обращаются к супервизору задач.

Последний передает управление супер­визору ввода-вывода, который и запускает необходимые логические и физическиеоперации.Инициативным называют такое устройство ввода-вывода, по сигналу прерывания от которого за­пускается соответствующая ему программа (обычно это не стандартное устройство ввода-вывода, анабор датчиков). Такая программа, с одной стороны, не является драйвером, поэтому ей не нужноуправлять операциями обмена данными, но, с другой стороны, запуск такой программы осуществля­ется именно по событиям, связанным с генерацией устройством ввода-вывода соответствующегосигнала.

Разница между драйверами, работающими по прерываниям, и инициативными программа­ми заключается в их статусе. Драйвер является компонентом операционной системы и часто выпол­няется не как вычислительный процесс, а как системный объект, а инициативная программа являет­ся обычным вычислительным процессом, только его запуск осуществляется по инициативе внешнегоустройства.134Глава 5. Управление вводом-выводом в операционных системахУпомянутый выше запрос на ввод-вывод должен удовлетворять требованиям APIтой операционной системы, в среде которой выполняется приложение.

Парамет­ры, которые указываются в запросах на ввод-вывод, передаются не только в вызы­вающих последовательностях, создаваемых по спецификациям API, но и как дан­ные, хранящиеся в соответствующих системных таблицах. Все параметры, которыебудут стоять в вызывающей последовательности, предоставляются компилятороми отражают требования программиста, а также постоянные сведения об операци­онной системе и архитектуре компьютера в целом. Переменные сведения о вычис­лительной системе (ее конфигурация, состав оборудования, состав и особенностисистемного программного обеспечения) содержатся в специальных системных таб­лицах. Процессору, каналам прямого доступа в память и контроллерам необходи­мо передавать конкретную двоичную информацию, с помощью которой и осуще­ствляется управление оборудованием.

Эта конкретная двоичная информация в видекодов и данных часто готовится с помощью препроцессоров, но часть ее хранитсяв системных таблицах.Режимы управления вводом-выводомКак известно, имеется два основных режима ввода-вывода: режим обмена с опро­сом готовности устройства ввода-вывода и режим обмена с прерываниями (рис.

5.1).Оперативная памятьАДанные/\. Командаввода-выводаlzЦентральныйпроцессорили процессорввода-вывода< ^ = ^Устройствоуправленияустройствомввода-вывода^>Устройствоввода-выводаСигналготовностиРис. 5 . 1 . Управление вводом-выводомПусть для простоты рассмотрения этих вопросов управление вводом-выводомосуществляет центральный процессор. В этом случае часто говорят о работе про­граммного канала обмена данными между внешними устройством и оперативнойпамятью (в отличие от канала прямого доступа к памяти, при котором управле­ние вводом-выводом осуществляет специальное дополнительное оборудование).Итак, пусть центральный процессор посылает команду устройству управления,режимы управления вводом-выводом135требующую, чтобы устройство ввода-вывода выполнило некоторое действие. Напри­мер, если мы управляем дисководом, то это может быть команда на включениедвигателя или команда, связанная с позиционированием магнитных головок.Устройство управления исполняет команду, транслируя сигналы, понятные ему ицентральному устройству, в сигналы, понятные устройству ввода-вывода.

Послевыполнения команды устройство ввода-вывода (или его устройство управления)выдает сигнал готовности, который сообщает процессору о том, что можно выдатьновую команду для продолжения обмена данными. Однако поскольку быстродей­ствие устройства ввода-вывода намного меньше быстродействия центральногопроцессора (порой на несколько порядков), то сигнал готовности приходится оченьдолго ожидать, постоянно опрашивая соответствующую линию интерфейса на на­личие или отсутствие нужного сигнала. Посылать новую команду, не дождавшисьсигнала готовности, сообщающего об исполнении предыдущей команды, бессмыс­ленно.

В режиме опроса готовности драйвер, управляющий процессом обмена дан­ными с внешним устройством, как раз и выполняет в цикле команду «проверитьналичие сигнала готовности». До тех пор пока сигнал готовности не появится, драй­вер ничего другого не делает. При этом, естественно, нерационально используетсявремя центрального процессора. Гораздо выгоднее, выдав команду ввода-вывода,на время забыть об устройстве ввода-вывода и перейти на выполнение другой про­граммы. А появление сигнала готовности трактовать как запрос на прерывание отустройства ввода-вывода. Именно эти сигналы готовности и являются сигналамизапроса на прерывание (см.

раздел «Прерывания» в главе 1).Режим обмена с прерываниями по своей сути является режимом асинхронногоуправления. Для того чтобы не потерять связь с устройством (после выдачи про­цессором очередной команды по управлению обменом данными и переключенияего на выполнение других программ), может быть запущен отсчет времени, в тече­ние которого устройство обязательно должно выполнить команду и выдать-такисигнал запроса на прерывание.

Максимальный интервал времени, в течение кото­рого устройство ввода-вывода или его контроллер должны выдать сигнал запросана прерывание, часто называют установкой тайм-аута. Если это время истеклопосле выдачи устройству очередной команды, а устройство так и не ответило, тоДелается вывод о том, что связь с устройством потеряна и управлять им большенет возможности.

Пользователь и/или задача получают соответствующее диагно­стическое сообщение.Драйверы, работающие в режиме прерываний, представляют собой сложный ком­плекс программных модулей и могут иметь несколько секций: секцию запуска, однуили несколько секций продолжения и секцию завершения.Секция запуска инициирует операцию ввода-вывода. Эта секция запускается длявключения устройства ввода-вывода или просто для инициализации очереднойоперации ввода-вывода.Секция продолжения (их может быть несколько, если алгоритм управления обме­ном данными сложный, и требуется несколько прерываний для выполнения од­ой логической операции) осуществляет основную работу по передаче данных.е1<Ция продолжения, собственно говоря, и является основным обработчиком пре-136Глава 5. Управление вводом-выводом в операционных системахрывания.

Поскольку используемый интерфейс может потребовать для управле­ния вводом-выводом несколько последовательностей управляющих команд, а сиг­нал прерывания у устройства, как правило, только один, то после выполненияочередной секции прерывания супервизор прерываний при следующем сигналеготовности должен передать управление другой секции.

Характеристики

Список файлов книги