Программное обеспечение - ввода-вывод
Cтраница 1
 |
Печать строки при помощи DMA. программа, выполняемая при обращении к системному вызову ( а. процедура обработки прерываний ( б. [1] |
Программное обеспечение ввода-вывода обычно организуется в виде четырех уровней, показанных на рис. 5.8. У каждого уровня есть четко очерченная функция, которую он должен выполнять, и строго определенный интерфейс с соседними уровнями. Функции и интерфейсы уровней меняются от одной операционной системы к другой, поэтому последующее рассмотрение всех уровней, начиная с нижнего, не является специфичным для какой-либо конкретной машины. [2]
Не все программное обеспечение ввода-вывода пространства пользователя состоит из библиотечных процедур. Другую важную категорию составляет система спулинга. [3]
Хотя большая часть программного обеспечения ввода-вывода находится в операционной системе, небольшие его порции состоят из библиотек, присоединенных к программам пользователя, или даже целых программ, работающих вне ядра. Системные вызовы, включая системные вызовы ввода-вывода, обычно состоят из библиотечных процедур. [4]
Ключевая концепция разработки программного обеспечения ввода-вывода известна как независимость от устройств. Эта концепция означает возможность написания программ, способных получать доступ к любому устройству ввода-вывода, без предварительного указания конкретного устройства. Например, программа, читающая данные из входного файла, должна с одинаковым успехом работать с файлом на дискете, жестком диске или компакт-диске. При этом не должны требоваться какие-либо изменения в программе. [5]
Другим важным аспектом программного обеспечения ввода-вывода является обработка ошибок. Ошибки должны обрабатываться как можно ближе к аппаратуре. Если контроллер обнаружил ошибку чтения, он должен попытаться по возможности исправить эту ошибку сам. Если он не может это сделать, тогда эту ошибку должен обработать драйвер устройства, возможно, попытавшись прочитать этот блок еще раз. Многие ошибки бывают временными, как, например, ошибки чтения, вызванные пылинками на читающих головках. Такие ошибки часто исчезают при повторной попытке чтения блока. Только если нижний уровень не может сам справиться с проблемой, о ней следует информировать верхний уровень. Во многих случаях восстановление после ошибок может осуществляться на нижнем уровне, прозрачно для верхних уровней, то есть так, что верхние уровни даже не будут знать о наличии ошибок. [6]
Еще одним аспектом программного обеспечения ввода-вывода является буферизация. Часто данные, поступающие с устройства, не могут быть сохранены сразу там, куда они в конечном итоге направляются. Например, когда пакет приходит по сети, операционная система не знает, куда его поместить, пока не будет изучено его содержимое, для чего этот пакет нужно где-то временно сохранить. Кроме того, для многих устройств реального времени крайне важными оказываются параметры сроков поступления данных ( например для устройств воспроизведения цифрового звука), поэтому полученные данные должны быть помещены в выходной буфер заранее, чтобы скорость, с которой эти данные получаются из буфера воспроизводящей программой, не зависела от скорости заполнения буфера. Таким образом удается избежать неравномерности воспроизведения звука. Буферизация включает копирование данных в значительных количествах, что часто является основным фактором снижения производительности операций ввода-вывода. [7]
Хотя некоторая часть программного обеспечения ввода-вывода предназначена для работы с конкретными устройствами, другая часть является независимой от устройств. [8]
Хотя большая часть программного обеспечения ввода-вывода находится в операционной системе, небольшие его порции состоят из библиотек, присоединенных к программам пользователя, или даже целых программ, работающих вне ядра. Системные вызовы, включая системные вызовы ввода-вывода, обычно состоят из библиотечных процедур. [9]
Ключевая концепция разработки программного обеспечения ввода-вывода известна как независимость от устройств. Эта концепция означает возможность написания программ, способных получать доступ к любому устройству ввода-вывода, без предварительного указания конкретного устройства. Например, программа, читающая данные из входного файла, должна с одинаковым успехом работать с файлом на дискете, жестком диске или компакт-диске. При этом не должны требоваться какие-либо изменения в программе. [10]
Другим важным аспектом программного обеспечения ввода-вывода является обработка ошибок. Ошибки должны обрабатываться как можно ближе к аппаратуре. Если контроллер обнаружил ошибку чтения, он должен попытаться по возможности исправить эту ошибку сам. Если он не может это сделать, тогда эту ошибку должен обработать драйвер устройства, возможно, попытавшись прочитать этот блок еще раз. Многие ошибки бывают временными, как, например, ошибки чтения, вызванные пылинками на читающих головках. Такие ошибки часто исчезают при повторной попытке чтения блока. Только если нижний уровень не может сам справиться с проблемой, о ней следует информировать верхний уровень. Во многих случаях восстановление после ошибок может осуществляться на нижнем уровне, прозрачно для верхних уровней, то есть так, что верхние уровни даже не будут знать о наличии ошибок. [11]
Еще одним аспектом программного обеспечения ввода-вывода является буферизация. Часто данные, поступающие с устройства, не могут быть сохранены сразу там, куда они в конечном итоге направляются. Например, когда пакет приходит по сети, операционная система не знает, куда его поместить, пока не будет изучено его содержимое, для чего этот пакет нужно где-то временно сохранить. Кроме того, для многих устройств реального времени крайне важными оказываются параметры сроков поступления данных ( например для устройств воспроизведения цифрового звука), поэтому полученные данные должны быть помещены в выходной буфер заранее, чтобы скорость, с которой эти данные получаются из буфера воспроизводящей программой, не зависела от скорости заполнения буфера. Таким образом удается избежать неравномерности воспроизведения звука. Буферизация включает копирование данных в значительных количествах, что часто является основным фактором снижения производительности операций ввода-вывода. [12]
Хотя некоторая часть программного обеспечения ввода-вывода предназначена для работы с конкретными устройствами, другая часть является независимой от устройств. [13]
Эта простая программа не работает по причине, которая оказывает влияние на все программное обеспечение ввода-вывода: ЦП посылает данные в терминальный буфер вывода гораздо быстрее, чем терминал успевает их обрабатывать. Буфер вывода рассчитан лишь на одну литеру, и, пока текущая литера не будет напечатана, любая попытка заслать туда следующую окажется бесплодной. Итак, поскольку ЦП посылает поток литер слишком быстро, многие из них будут утеряны. [14]
Ввод-вывод можно разбить на четыре уровня иерархии: процедуры обработки прерываний, драйверы устройств, независимое от устройств программное обеспечение ввода-вывода и библиотеки ввода-вывода и спулеры, работающие в пространстве пользователя. [15]
Страницы: 1 2