Программа управления устройством ввода-вывода, подключённым к компьютеру, называется драйвером устройства. Обычно драйвер пишется производителем и распространяется вместе с устройством. Каждый драйвер устройства поддерживает один тип устройства или, максимум, класс близких устройств. Например, драйвер дисков может поддерживать различные диски, отличающиеся размерами и скоростями. Поскольку для каждой ОС требуются специальные драйверы, производители устройств обычно поставляют драйверы для нескольких наиболее популярных операционных систем. Производители ОС также стараются включить в поставку ОС драйвера наиболее распространённых (стандартных) устройств.
Чтобы получить доступ к аппаратной части устройства, т.е. к регистрам контроллера, драйвер устройства должен быть частью ядра операционной системы. Хотя возможно создать и драйвер, работающий в пространстве пользователя, современные операционные системы предполагают работу драйверов в ядре (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Программно-аппаратное взаимодействие
при управлении устройствами ввода-вывода
Операционная система обычно классифицирует драйверы по нескольким категориям в соответствии с типами обслуживаемых ими устройств. В большинстве операционных систем определены два стандартных интерфейса, один из которых должен поддерживать все блочные драйверы (например, диски, содержащие блоки данных, к которым возможна независимая адресация), а второй – все символьные драйверы (клавиатуры и принтеры, формирующие или принимающие поток символов).
Некоторые ОС представляют собой двоичную программу, содержащую в себе все необходимые драйверы. Такая схема в течение многих лет была нормой для ОС UNIX, так как они предназначались для работы в компьютерных центрах, где устройства ввода-вывода менялись редко. При добавлении нового устройства системный администратор просто перекомпилировал ядро с новым драйвером, получая новый двоичный модуль.
С появлением персональных компьютеров с их огромным разнообразием устройств ввода-вывода такая модель неэффективна. Далеко не все пользователи могут самостоятельно перекомпилировать и собрать ядро. Поэтому операционные системы, начиная с MS-DOS, перешли к модели динамической подгрузки драйверов.
Драйвер устройства выполняет следующие функции:
- инициализирует устройство;
- управляет энергопотреблением устройства;
- обрабатывает запросы программного обеспечения (чтение/запись), возвращает вызывающей программе информацию о завершении операции;
- проверяет входные параметры (если они не удовлетворяют определённым критериям, драйвер возвращает ошибку. Безошибочные абстрактные параметры преобразуются в конкретные. Например, дисковый драйвер может преобразовывать линейный номер блока в номера головки, дорожки и секторы);
- проверяет использование устройства в данный момент. (Если устройство занято, запрос может быть поставлен в очередь. Если устройство свободно, проверяется его состояние. Возможно, требуется подготовить устройство, прежде чем начнётся перенос данных. Как только устройство готово, может начинаться собственно управление устройством.)
Управление устройством подразумевает выдачу ему серии команд. После того как драйвер передал все команды контроллеру, ситуация может развиваться по двум сценариям. В одних случаях драйвер устройства должен ждать, пока контроллер не выполнит для него определённую работу, поэтому он блокируется до тех пор, пока прерывание от устройства его не разблокирует. В других случаях операция завершается без задержек и драйверу не нужно блокироваться.
