Система ввода/вывода LINUX.

Система ввода/вывода LINUX.

В системе ввода/вывода все внешние устройства рассматриваются как файлы, над которыми допускается производить обычные файловые операции. Конечно, существуют и драйверы устройств, но интерфейс с ними оформлен для пользователя как обращение к специальному файлу. Специальные файлы являются средством унификации системы ввода/вывода.
Каждому подключенному устройству (терминалу, дискам, принтеру и т. д.), соответствует, как минимум, один специальный файл. Большая часть этих специальных файлов хранится в каталоге /dev:
$ cd /dev
$ ls -l
onsole пульт управления системы
dsk порции на диске
fd0 флоппи-диск 1
mem память
lр принтер
lр0 параллельный порт 0
. . .
root порция на диске для корневой файловой системы
swap своп-порция
syscon альтернативное имя пульта
systty еще одно имя для системной консоли
term директория для терминалов
ttyS0 серийный порт 0 (COM1)
. . .
Когда программа выполняет запись в такой специальный файл, то ОС система перехватывает их и направляет на устройство, например принтер. При чтении данных из такого типа файла в действительности они принимаются с устройства, например, с диска. Программа не должна учитывать особенности работы устройства ввода/вывода. Для этой цели и служат специальные файлы (драйверы), которые выполняют функции интерфейса между компонентами ядра ОС и прикладными программами общего назначения. Система обнаруживает отличие обычного файла от специального только после того, как будет проанализирован соответствующий индексный дескриптор, на который ссылается запись в каталоге.
Индексный дескриптор специального файла содержит информацию о классе устройства, его типе и номере. Класс устройства определяет устройства с посимвольным обменом и с поблочным обменом. Примером устройства с посимвольным обменом может служить клавиатура. Специальные файлы, обеспечивающие связь с устройствами такого типа, называют байт-ориентированными. Для блочных устройств характерен обмен большими блоками информации, это ускоряет обмен и делает его более эффективным. Все дисковые устройства поддерживают блочный обмен, а специальные файлы, обслуживающие их, называют блок-ориентированными. Специальные файлы не содержат какой-либо символьной информации, поэтому в листинге каталога их длина не указывается.
Тип и номер устройства, также являются основными характеристиками специальных файлов (в поле длины помещаются главный и дополнительный номера соответствующего устройства). Первый из них определяет тип устройства, второй - идентифицирует его среди однотипных устройств. ОС может одновременно обслуживать несколько десятков, и даже сотни терминалов. Каждый из них должен иметь свой собственный специальный файл, поэтому наличие главного и дополнительного номеров позволяет установить требуемое соответствие между устройством и таким файлом.
В LINUX дисковые устройства имеют своеобразные обозначения. В LINUX пользователь никогда не сталкивается с проблемой точного указания физического устройства, на котором располагается информация. В LINUX произвольное число внешних устройств может быть очень большим, поэтому, пользователь имеет дело только с именем каталога, в котором находятся нужные ему файлы. Все файловые системы монтируются один раз, как правило, при загрузке системы. На некоторые каталоги могут быть смонтированы файловые системы и с удаленных компьютеров.
Для физических устройств в LINUX существуют директории dsk и rdsk, которые содержат файлы, соответствующие дисковым устройствам. Обыкновенно имена файлов в этих директориях одинаковы и единственная разница между ними, что директория rdsk содержит дисковые устройства со специальным доступом (raw), который используют некоторые устройства системы для более быстрого доступа к диску. Одна типичная директория dsk содержит следующие устройства:
$ 1s /dev/dsk
0s0 1s0 c0t0d0s0 c0tld0s0 f0 f05q f13dt fld8d
0sl 1sl c0t0d0sl c0tld0sl f03d f05qt f13h fld8dt
0s2 1s2 c0t0d0s2 c0tld0s2 f03dt f0d8d f13ht fld8t
. . .
$
B системе LINUX дисковые устройства логически разделены на секции, подобно разделам определяемым в Partition Table MasterBoot MS DOS. Файлы 0s1, 0s2, 0s3 и т. д, соответствуют секциям первой, второй, третьей и т. д. диска с номером 0. Файлы 1s0, 1sl, 1s2 и т. д. соответствуют секциям первой, второй, третьей и т. д. диска с номером 1. Если система имеет больше дисков, секции будут пронумерованы ns0, nsl и т. д. для каждого диска с номером n.
Системы с большим количеством дисковых устройств используют следующую систему нумерации:
с controller
d disk
s section
где controller - номер контроллера диска; disk - номер диска; section -номер секции диска.
Так, 0s0 обычно эквивалентно c0t0d0s0, а 0sl - c0t0d0sl, и трехсимвольные имена секций - это просто сокращение для дискового контроллера с номером 0.
Файлы, имена которых начинаются с f, определяют различные виды гибких дисков. Каталог rmt содержит файлы на устройствах типа магнитная лента:
$ 1s /dev/rmt
c0s0 cls0 c3s0 ntape ntapel tape tapel
Файлы c0s0, cls0, c2s0 и c3s0 определяют четыре кассетных ленточных запоминающих устройства. Файлы tape и tapel определяют магнитные запоминающие устройства с двумя бобинами. Файлы, чьи имена начинаются с n, относятся к тем же устройствам, только лента не перематывается после использования, в то время как использование других файлов заставляет ленту перематываться, когда использующая ее программа заканчивает работу.
В некоторых системах эти файлы имеют другие названия, однако все они всегда находятся в /dev и словарь, который обычно приходит с системой, содержит подробное описание устройств и связанных с ними файлов.
Файловая система extX при операциях ввода/вывода использует буферизацию данных. При считывании блока информации ядро выдает запрос операции ввода/вывода на несколько расположенных рядом блоков. Такие операции сильно ускоряют извлечение данных при последовательном считывании файлов. При занесении данных в файл файловая система extX, записывая новый блок, заранее размещает рядом до 8 смежных блоков. Такой метод позволяет размещать файлы в смежных блоках, что ускоряет их чтение и дает возможность достичь высокой производительности системы.