Geräteverwaltung: Einführung

Transkript

1 Geräteverwaltung: Einführung Die Ziele einer Geräteverwaltung sind: Einfache Softwareschnittstelle Gleiche Software Schnittstellen für alle Geräte eines Gerätetyps z.b.: unabhängig vom Soundkartenhersteller soll jede Soundkarte gleich angesprochen werden können Ähnliche Softwareschnittstellen für ähnliche Gerätetypen Parallelport und Serieller Port werden beide zum Datenaustausch verwendet, ähnliche Schnittstelle ist sinnvoll Verwaltung von Zugriffsrechte Welcher Benutzer darf drucken, Optimale Steuerung der Peripherie Zuteilung von Resourcen zu Benutzern Lösung von Zugriffskonflikten Geräteverwaltung: Einführung Das Betriebssystem enthält die Geräteverwaltung Beispiel: Benutzer 1 druckt ein gescanntes Bild, Benutzer 2 druckt eine Datei von der Festplatte Task 1 scannt das Bild, Task 2 schickt die Daten zum Drucker Task 3 liest die Datei und schickt sie zum Drucker Am besten Task 2 warten lassen, bis Task 3 fertig ist Drucker Modem Betriebs- Task 1 Task 2 Benutzer 1 Festplatte System Scanner Task 3 Benutzer 2 1

2 Geräteverwaltung: Einführung Grundlage einer guten Geräteverwaltung ist der Einsatz von Multitasking: Jedes Gerät wird von einem eigenen Task (dem Treiber oder Dämon) gesteuert Beispiel Drucker: Ein Benutzer druckt eine Seite aus Die Seite wird in ein Spoolverzeichnis geschrieben Der Drucker Dämon schaut mehrmals pro Sekunde, ob in dem Verzeichnis etwas vorliegt und findet die Seite Er liest die Seite ein und schickt sie zum Drucker Die Gerätetreiber werden immer nur dann aktiv, wenn sie gebraucht werden Geräteverwaltung: Einführung Die Software und Hardware kann mit folgenden Schichtenmodell dargestellt werden: Anwenderprogramm Geräteunabhängige Softwareschnittstelle Betriebssystem Gerätetreiber Unterbrechungsbehandler Hardware 2

3 Geräteverwaltung: Einführung Es werden zwei Geräteklassen unterschieden Block orientierte Geräte verarbeiten ganze Blöcke von Daten z.b.: Festplatte, Diskettenlaufwerk Zeichen orientierte Geräte verarbeiten einzelne Zeichen z.b.: Serielle Schnittstelle, Modem Geräteverwaltung: Synchronisation Ein Problem beim Einsatz von Multitasking für Gerätetreiber ist die Synchronisation Der Gerätetreiber muß sich mit dem Ausgabegerät synchronisieren Bei vielen Geräten wird dies mit Hilfe von Interrupts gelöst Wenn keine Interrupts verwendet werden können, so muß der Gerätetreiber hin und wieder nachschauen, ob das Gerät seine Aufmerksamkeit braucht (polling) Die Anwendersoftware muß sich mit dem Gerätetreiber synchronisieren Die Anwendersoftware will wissen, wie weit die Ausgabe fortgeschritten ist 3

4 Geräteverwaltung: Synchronisation Wie erkennt die Benutzersoftware, ob die Anforderung schon ausgeführt wurde (z.b. die Seite schon ausgedruckt wurde) Oft werden zwei unterschiedliche Anforderungsstrategien vom Betriebssystem zur Verfügung gestellt Synchrone Anforderungen: Das Kommando für die Anforderung wartet, bis die Anforderung ausgeführt wurde Asynchrone Anforderungen: Das Kommando gibt die Anforderung nur an den Gerätetreiber weiter. Das Programm muß selber feststellen, ob die Anforderung schon fertig bearbeitet wurde. Geräteverwaltung: Synchronisation Vorteil der synchronen Anforderungen ist, daß die Software sich keine Gedanken mehr machen muß die Anforderung wurde ausgeführt Beispiel Scanner: Die Anforderung Scanne eine Seite dauert einige Sekunden, das Programm kann aber in dieser Zeit sowieso nichts machen Vorteil der asynchronen Anforderungen ist, daß oftmals weitergearbeitet werden kann, während die Anforderung ausgeführt wird: Beispiel Drucker: Während die Datei gedruckt wird kann der Benutzer schon wieder Änderungen in dem Text vornehmen 4

5 Geräteverwaltung:Festplatte Das Dateisystem legt die Strukturen fest, wie die Daten gespeichert werden. Offen sind folgende Punkte: Wie kann auf die Daten zugegriffen werden Mit Hilfe einer Shell: DIR, CD, COPY, DELETE, REN, Innerhalb eines Programms: OPEN, CLOSE, READ, WRITE, Wenn mehrere Anfragen vorliegen, in welcher Reihenfolge werden diese verwaltet Der Reihe nach Optimiert: Zum Beispiel nach der Kopfbewegung der Festplatte (Problem: Falls die Festplatte selber schon Optimierungen durchführt kann dies zu Problemen führen) Geräteverwaltung:Festplatte Für den Zugriff auf Dateien werden verschiedene Optionen verwendet, die besonders bei Multi User Systemen wichtig sind: Read/Write: Die Datei kann gelesen und geschrieben werden Eine Datei kann normalerweise nur einmal Read/Write geöffnet werden. Ist die Datei schon Read/Write geöffnet, so muß der Task warten Read Only: Die Datei soll nur gelesen werden Eine Datei kann beliebig oft Read Only geöffnet werden Exclusive: Die Datei soll nicht nochmal geöffnet werden können Ist die Datei schon geöffnet, so muß gewartet werden, bis sie geschlossen wird 5

6 Geräteverwaltung:Festplatte Beispiel für die Optimierung der Kopfbewegung: Task 1 will die Blöcke 1, 10, 200, 2 lesen Task 2 will die Blöcke 15, 5, 6 lesen Task 3 will die Blöcke 1, 17, 4 lesen Drei einfache Strategien sind möglich: Der Reihe nach: erst Task 1, dann Task 2, dann Task 3 Funktioniert, kann aber erheblich langsamer sein Nächster Block: Es wird immer der Block gelesen, der am nächsten steht: 1, 1, 2, 4, 5, 6, 10, 15, 17, 200 Problem: Blöcke am Rand werden evtl. sehr spät gelesen Lösung: Fahrstuhl Strategie: Es wird immer in eine Richtung gefahren. Erst wenn in diese Richtung keine Blöcke mehr gelesen werden sollen, wird ein Richtungswechsel gemacht Geräteverwaltung: Drucker In Unix werden Drucker prinzipiell mit Drucker Dämonen angesteuert, die über Spoolverzeichnissen angesprochen werden. Dies hat mehrere Vorteile: Die zu druckenden Dateien können einfach in das entsprechende Verzeichnis kopiert werden Einem Drucker können mehrere Spoolverzeichnisse zugeordnet werden (z.b. Eines für PS Ausgabe, eines für ASCII Ausgabe) Druckaufträge können im Netzwerk z.b. einfach per FTP transferiert werden Mehrere Benutzer können gleichzeitig Druckaufträge in die Spoolverzeichnisse kopieren 6

7 Geräteverwaltung: Serielle Schnittstelle Im Gegensatz zum Drucker kann die serielle Schnittstelle nur von genau einem Benutzer verwendet werden Die Serielle Schnittstelle wird oft als eine Art virtuelle Datei in das Betriebssystem eingebunden: Sie kann mit Open geöffnet werden (im exclusiv Modus) Mit Read/Write können Daten transferiert werden Mit Close kann die Schnittstelle wieder freigegeben werden Zusätzlich wird noch eine Routine zumm Parameter setzen benötigt: Mit Init können Bitraten, Anzahl Datenbits, eingestellt werden Geräteverwaltung: Serielle Schnittstelle Beispiel Linux: Parameter können mit setserial gesetzt werden Der Dateiname der Schnittstelle ergibt sich aus /dev/cua oder /dev/ttys und der Schnittstellen Nummer Normalerweise /dev/cua0 und /dev/cua1 Eine Datei kann mit cp (copy) ausgegeben werden Ankommende Daten können mit more auf dem Bildschirm ausgegeben werden In C können mit open/read/write/close die Schnittstelle geöffnet werden und Daten transferiert werden. Mit tcsetattr können die Parameter gesetzt werden 7