9.1. Драйверы устройств

9.1. Драйверы устройств

Как уже говорилось выше, одной из основных задач операционной системы является управление аппаратной частью. Ту программу или тот кусок программного кода, который предназначен для управления конкретным устройством, и называют обычно драйвером устройства. Необходимость драйверов устройств в операционной системе объясняется тем, что каждое отдельное устройство воспринимает только свой строго фиксированный набор специализированных команд, с помощью которых этим устройством можно управлять. Причем команды эти чаще всего предназначены для выполнения каких-то простых элементарных операций. Если бы каждое приложение вынуждено было использовать только эти команды, писать приложения было бы очень сложно, да и размер их был бы очень велик. Поэтому приложения обычно используют какие-то команды высокого уровня (типа "записать файл на диск"), а о преобразовании этих команд в управляющие последовательности для конкретного устройства заботится драйвер этого устройства. Поэтому каждое отдельное устройство, будь то дисковод, клавиатура или принтер, должно иметь свой программный драйвер, который выполняет роль транслятора или связующего звена между аппаратной частью устройства и программными приложениями, использующими это устройство.

В Linux драйверы устройств бывают трех типов.

Драйверы первого типа являются частью программного кода ядра (встроены в ядро). Соответствующие устройства автоматически обнаруживаются системой и становятся доступны для приложений. Обычно таким образом обеспечивается поддержка тех устройств, которые необходимы для монтирования корневой файловой системы и запуска компьютера. Примерами таких устройств являются стандартный видеоконтроллер VGA, контроллеры IDE-дисков, материнская плата, последовательные и параллельные порты.

Драйверы второго типа представлены модулями ядра. Они оформлены в виде отдельных файлов и для их подключения (на этапе загрузки или впоследствии) необходимо выполнить отдельную команду подключения модуля, после чего будет обеспечено управление соответствующим устройством. Если необходимость в использовании устройства отпала, модуль можно выгрузить из памяти (отключить). Поэтому использование модулей обеспечивает большую гибкость, так как каждый такой драйвер может быть переконфигурирован без остановки системы. Модули часто используются для управления такими устройствами как SCSI-адаптеры, звуковые и сетевые карты.

Файлы модулей ядра располагаются в подкаталогах каталога /lib/modules. Обычно при инсталляции системы задается перечень модулей, которые будут автоматически подключаться на этапе загрузки. Список загружаемых модулей хранится в файле /etc/modules. А в файле /etc/modules.conf находится перечень опций для таких модулей. Редактировать этот файл "вручную" не рекомендуется, для этого существуют специальные скрипты (типа update-modules).

Для подключения или отключения модулей в работающей системе имеются специальные утилиты.

• lsmod - выдает список загруженных в данный момент модулей.

• insmod - служит для загрузки или "установки" модуля из командной строки.

Пример:

insmod joystick

• rmmod - служит для выгрузки или "удаления" модуля.

Пример:

rmmod joystick

• modprobe - автоматически загружает модули. Для того, чтобы отобразить текущую конфигурацию всех модулей можно воспользоваться командой: modprobe -c.

Примечание

Хотя файлы модулей имеют суффикс.o, при использовании этих команд ссылки на модули указываются без упоминания этого суффикса. Например: при упоминании модуля, файл которого называется "joystick.o", вы должны использовать в командной строке просто "joystick".

И, наконец, для третьего типа драйверов устройств программный код драйвера поделен между ядром и специальной утилитой, предназначенной для управления данным устройством. Например, для драйвера принтера ядро отвечает за взаимодействие с параллельным портом, а формирование управляющих сигналов для принтера осуществляет демон печати lpd (который использует для этого специальную программу-фильтр, о чем подробнее будет рассказано ниже, в разд. 9.6). Другие примеры драйверов этого типа - драйверы модемов и X-сервер (драйвер видеоадаптера), о котором шла речь в главе 7.

Но надо специально отметить, что во всех трех случаях непосредственное взаимодействие с устройством осуществляет ядро или какой-то модуль ядра. А пользовательские программы взаимодействуют с драйверами устройств через специальные файлы, расположенные в каталоге /dev и его подкаталогах. То есть взаимодействие прикладных программ с аппаратной частью компьютера в ОС Linux осуществляется по следующей схеме:

устройство ‹-› ядро ‹-› специальный файл устройства ‹-› программа пользователя

Такая схема обеспечивает единый подход ко всем устройствам, которые с точки зрения приложений выглядят как обычные файлы.