Unix操作系統設備驅動程序的基本結構

火星人 @ 2014-03-12 , reply:0


  

學習了很多關於Unix操作系統的知識,今天我們來講解下Unix操作系統設備驅動程序的基本結構的知識。在Unix操作系統里,對用戶程序而言,設備程序隱藏了設備的具體細節,對各種不同設備提供了一致的介面,一般來說是把設備映射為一個特殊的設備文件,用戶程序可以象對其它文件一樣對此設備文件進行操作。

Unix操作系統對設備支持兩個標準介面:塊特別設備文件和字元特別設備文件,通過塊(字元)特別設備文件存取的設備稱為塊(字元)設備或具有塊(字元)設備介面。

塊設備介面僅支持面向塊的I/O操作,所有I/O操作都通過在內核地址空間中的I/O緩衝區進行,它可以支持幾乎任意長度和任意位置上的I/O請求,即提供隨機存取的功能。字元設備介面支持面向字元的I/O操作,它不經過Unix操作系統的快速緩存,所以它們負責管理自己的緩衝區結構。字元設備介面只支持順序存取的功能,一般不能進行任意長度的I/O請求,而是限制I/O請求的長度必須是設備要求的基本塊長的倍數。

顯然,本程序所驅動的串列卡只能提供順序存取的功能,屬於是字元設備,因此後面的討論在兩種設備有所區別時都只涉及字元型設備介面。設備由一個主設備號和一個次設備號標識。主設備號唯一標識了設備類型,即設備驅動程序類型,它是塊設備表或字元設備表中設備表項的索引。次設備號僅由設備驅動程序解釋,一般用於識別在若干可能的硬體設備中,I/O請求所涉及到的那個設備。

Unix操作系統設備驅動程序可以分為三個主要組成部分:

1 自動配置和初始化子程序,負責檢測所要驅動的硬體設備是否存在和是否能正常工作。如果該設備正常,則對這個設備及其相關的、設備驅動程序需要的軟體狀態進行初始化。這部分驅動程序僅在初始化的時候被調用一次。

2 服務於I/O請求的子程序,又稱為驅動程序的上半部分。調用這部分是由於系統調用的結果。這部分程序在執行的時候,系統仍認為是和進行調用的進程屬於同一個進程,只是由用戶態變成了核心態,具有進行此Unix操作系統調用的用戶程序的運行環境,因此可以在其中調用sleep等與進程運行環境有關的函數。

3 中斷服務子程序,又稱為驅動程序的下半部分。在Unix操作系統中,並不是直接從中斷向量表中調用設備驅動程序的中斷服務子程序,而是由Unix操作系統來接收硬體中斷,再由系統調用中斷服務子程序。

中斷可以產生在任何一個進程運行的時候,因此在中斷服務程序被調用的時候,不能依賴於任何進程的狀態,也就不能調用任何與進程運行環境有關的函數。因為設備驅動程序一般支持同一類型的若干設備,所以一般在系統調用中斷服務子程序的時候,都帶有一個或多個參數,以唯一標識請求服務的設備。

在Unix操作系統內部,I/O設備的存取通過一組固定的入口點來進行,這組入口點是由每個設備的設備驅動程序提供的。一般來說,字元型設備驅動程序能夠提供如下幾個入口點:

1 open入口點。打開設備準備I/O操作。對字元特別設備文件進行打開操作,都會調用設備的open入口點。open子程序必須對將要進行的I/O操作做好必要的準備工作,如清除緩衝區等。如果設備是獨佔的,即同一時刻只能有一個程序訪問此設備,則open子程序必須設置一些標誌以表示設備處於忙狀態。

2 close入口點。關閉一個設備。當最後一次使用設備終結后,調用close子程序。獨佔設備必須標記設備可再次使用。

3 read入口點。從設備上讀數據。對於有緩衝區的I/O操作,一般是從緩衝區里讀數據。對字元特別設備文件進行讀操作將調用read子程序。

4 write入口點。往設備上寫數據。對於有緩衝區的I/O操作,一般是把數據寫入緩衝區里。對字元特別設備文件進行寫操作將調用write子程序。

5 ioctl入口點。執行讀、寫之外的操作。

6 select入口點。檢查設備,看數據是否可讀或設備是否可用於寫數據。select系統調用在檢查與設備特別文件相關的文件描述符時使用select入口點。如果設備驅動程序沒有提供上述入口點中的某一個,系統會用預設的子程序來代替。對於不同的Unix操作系統,也還有一些其它的入口點。

好了,關於Unix操作系統設備驅動程序的基本結構的知識,我們今天就講解到這裡,以後希望有更多的機會來和大家來探討。






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