Linux Kernel (Ядро линукса) (часть 2)

Уровни поддержки ядра

Ядро Linux не предоставляет полную поддержку всем существующим устройствам ввода/вывода. Вообще говоря, существует три возможных типа поддержки аппаратного устройства:
- отсутствие какой-либо поддержки— прикладная программа напрямую взаимодействует с портами ввода/вывода данного устройства, используя команды ассемблера in и out;
- минимальная поддержка — ядро не распознает устройство, но распознает его интерфейс ввода/вывода. Пользовательские программы способны воспринимать интерфейс как последовательное устройство, которое читает и/или пишет последовательности символов;
- расширенная поддержка — ядро распознает аппаратное устройство и само работает с его интерфейсом ввода/вывода. Фактически, даже существование файла устройства не является обязательным.
Самым распространенным примером первого подхода, при котором не используется никакой драйвер ядра, является традиционное управление графическим дисплеем в системе X Window. Оно очень эффективно, хотя не дает Х-серверу использовать аппаратные прерывания, вызываемые устройством ввода/вывода. При этом подходе требуется приложить некоторые дополнительные усилия, чтобы позволить Х-серверу обращаться к нужным портам ввода/вывода. Как было сказано в главе 3, системные вызовы iopi и ioperm дают процессу привилегию обращения к портам ввода/вывода. Делать эти вызовы могут только программы с привилегиями root, но эти программы можно сделать доступными простому пользователю, установив флаг seuid у выполняемого файла.

Последние версии Linux поддерживают несколько широко распространенных типов графических карт. Файл устройства /dev/fb является абстракцией фрейм-буфера графической карты и позволяет прикладным программам обращаться к нему, не требуя от них знания портов ввода/вывода графического интерфейса. Кроме того, ядро поддерживает DRI (Direct Rendering Infrastructure, Инфраструктура прямого рендеринга), давая прикладным программам возможность работать с аппаратными ускорителями трехмерной графики. В любом случае, традиционной сервер системы X Window типа ”все-в-одном” по-прежнему весьма популярен.

Подход с оказанием минимальной поддержки применяется для управления внешними устройствами, подключенными к интерфейсам ввода/вывода общего назначения. Ядро обеспечивает интерфейс ввода/вывода, предоставляя файл устройства (и тем самым драйвер устройства), а прикладная программа управляет внешним устройством, читая содержимое файла устройства и записывая в него данные.

Минимальная поддержка предпочтительнее расширенной, потому что она позволяет иметь ядро небольшого размера. Однако среди интерфейсов ввода/вывода общего назначения, типичных для архитектуры PC, только последовательный и параллельный порты позволяют применять к ним этот подход. Например, мышь напрямую управляется прикладной программой, такой как Х-сервер, а последовательному модему требуется коммуникационная программа, такая как Minicom, Seyon или демон протокола РРР (Point-to-Point Protocol, Протокол передачи типа точка-точка”).

Минимальная поддержка имеет ограниченный круг применения, потому что она не годится в тех случаях, когда внешнее устройство должно активно взаимодействовать с внутренними структурами данных ядра. Рассмотрим, например, съемный жесткий диск, подключенный к интерфейсу ввода/вывода общего назначения. Прикладная программа не может обращаться ко всем внутренним структурам ядра и нуждается в специальных функциях для распознавания диска и монтирования его файловой системы. В такой ситуации требуется расширенная поддержка устройства.

В общем случае каждому аппаратному устройству, напрямую подключенному к шине ввода/вывода (пример — внутренний жесткий диск), оказывается расширенная поддержка. Иными словами, ядро должно предоставить драйвер для каждого такого устройства. Внешние устройства, подключенные к USB,
к порту PCMCIA, имеющемуся у многих ноутбуков, или к SCSI-интер- фейсу — одним словом, к любому интерфейсу ввода/вывода, кроме последовательного и параллельного портов — требуют расширенной поддержки.

Следует заметить, что стандартные системные вызовы, относящиеся к работе с файлами, такие как open , read и write , не всегда обеспечивают приложению полный контроль над соответствующим аппаратным устройством. На самом деле, VFS придерживается принципа минимальной необходимости и не предоставляет специальных команд, необходимых некоторым устройствам, а также не позволяет приложению проверять, находится ли устройство в каком-то конкретном состоянии.

Системный вызов iocti о был введен специально для удовлетворения таких потребностей. Помимо дескриптора файла устройства и 32-битового второго параметра, уточняющего запрос, этот системный вызов может принимать произвольное количество дополнительных параметров. Например, существуют специализированные запросы iocti , позволяющие узнать громкость воспроизведения компакт-диска или выдвигать лоток. С помощью этих запросов прикладные программы могут обеспечить пользовательский интерфейс к CD-плееру.