Теория операционных систем
Драйверы внешних устройств
| Когда я на почте служил ямщиком . Ко мне постучался косматый геолог, И глядя на карту на белой стене, он усмехнулся мне. Г. Самойлов |
Драйвер (driver) представляет
собой специализированный программный модуль, управляющий внешним устройством.
Слово driver происходит от глагола to drive (вести) и переводится с английского
языка как извозчик или шофер: тот, кто ведет транспортное средство. Драйверы
обеспечивают единый интерфейс для доступа к различным устройствам, тем
самым устраняя зависимость пользовательских программ и ядра ОС от особенностей
аппаратуры.
Драйвер не обязательно должен управлять каким-либо физическим устройством. Многие ОС предоставляют также драйверы виртуальных устройств или псевдоустройств — объектов, которые ведут себя аналогично устройству ввода-вывода, но не соответствуют никакому физическому устройству.
В виде псевдоустройств реализуются трубы в системах семейства Unix и почтовые ящики в VMS. Еще одним примером полезного псевдоустройства являются устройства /dev/null в Unix и аналогичное ему \DEV\NUL в MS DOS\Windows\OS/2. В современных системах семейства Unix в виде псевдоустройств, размещенных в псевдофайловой системе /ргос, реализован доступ к большинству параметров системы -- адресным пространствам активных процессов, статистике и параметрам настройки ядра, данным отдельных подсистем, например таблице маршрутизации сетевого протокола IP.
Прикладные программы, использующие собственные драйверы, не так уж редки - примерами таких программ могут быть GhostScript (свободно распространяемый интерпретатор языка PostScript, способный выводить программы на этом языке на различные устройства, как печатающие, так и экранные) или LATEX, который также способен печатать на самых разнообразных устройствах. Однако эта глава посвящена преимущественно драйверам, используемым ядром ОС.
Большинство ОС общего назначения запрещают пользовательским программам непосредственный доступ к аппаратуре. Это делается для повышения надежности и обеспечения безопасности в многопользовательских системах. В таких системах драйверы являются для прикладных программ единственным способом доступа к внешнему миру.
Еще одна важная функция драйвера- это взаимоисключение доступа к устройству в средах с вытесняющей многозадачностью. Допускать одновременный неконтролируемый доступ к устройству нескольких параллельно исполняющихся процессов просто нельзя, потому что для большинства внешних устройств даже простейшие операции ввода-вывода не являются атомарными.
Например, в большинстве аппаратных реализаций последовательного порта RS232 передача байта состоит из четырех шагов: записи значения в регистр данных, записи команды "передавать" в регистр команды, ожидания прерывания по концу передачи и проверки успешности передачи путем считывания статусного регистра устройства. Нарушение последовательности шагов может приводить к неприятным последствиям — например, перезапись регистра данных после подачи команды, но до завершения передачи, может привести к остановке передачи или, что еще хуже, передаче искаженных данных и т. д.
Нельзя также забывать о неприятностях более высокого уровня — например, смешивании вывода разных процессов на печати или данных — на устройстве внешней памяти. Поэтому оказывается необходимо связать с каждым внешним устройством какой-то разграничитель доступа во времени. В современных ОС эта функция возлагается именно на драйвер. Обычно одна из нитей драйвера представляет собой процесс-монитор, выполняющий асинхронно поступающие запросы на доступ к устройству. В Unix, OS/2 и Windows NT/2000/XP этот процесс называется стратегической функцией. Подробнее этот механизм обсуждается в разд.
