styresystemer og tjenester

Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 1

Styresystemer og tjenester

Indhold:1. Introduktion til styresystemer. 2. Processer og tråde. 3. Synkroniseringsmetoder og

InterProcesCommunikation. 4. Memory management. 5. I/O og devicedrivere. 6. Filsystemer. 7. Distribuerede systemer. 8. Sikkerhed.9.


I/O device og hastigheder.


I/O Struktur

Tilsluttet udstyr

Elektronik

Software

Disk, Mus, Keyboard, Monitor, Netværk, ....

Controler: DiskControler, Grafikcontroler, UART, ...

DeviceDriver: Disk-driver, keyboard-driver,...

Operativsystem

Hardware


I/O Opgavefordeling

Tilsluttet udstyr

Controler

Devicedriver

Opgave: Lagre, præsentere, generere, transportere data.

Opgave: Overfører mem.baseret byte til og fra udstyr.

Opgave: Uniform easy to use interface til brugeren.

Buffering, Interrupt håndtering.

Error håndtering.


I/O grænseflader.

Tilsluttet udstyr

Controler

Devicedriver

Fysiske signaler vha en passende bus.

DMA, Memory-mapped eller I/O-porte. Kontrol via byte/word-registre.

Operativsystem

ApplikationUniform easy to use systemkalds baseret interface.


I/O porte på en PC0000-001f : dma10020-003f : pic10040-005f : timer0060-006f : keyboard0080-008f : dma page reg00a0-00bf : pic200c0-00df : dma200f0-00ff : fpu0170-0177 : ide101f0-01f7 : ide002f8-02ff : serial(set)0300-031f : NE20000376-0376 : ide103c0-03df : vga+03f6-03f6 : ide003f8-03ff : serial(set)1000-103f : Intel Corporation 82371AB PIIX4 ACPI1000-1003 : acpi1004-1005 : acpi1008-100b : acpi100c-100f : acpi1100-110f : Intel Corporation 82371AB PIIX4 IDE1300-131f : pcnet_cs1400-141f : Intel Corporation 82371AB PIIX4 ACPI1800-18ff : PCI CardBus #021c00-1cff : PCI CardBus #045800-581f : Intel Corporation 82371AB PIIX4 USBd000-dfff : PCI Bus #01d000-d0ff : ATI Technologies Inc 3D Rage LT Pro AGP-133

/proc/ioports


I/O memory på en PC

00000000-0009fbff : System RAM0009fc00-0009ffff : reserved000a0000-000bffff : Video RAM area000c0000-000c7fff : Video ROM000f0000-000fffff : System ROM00100000-03feffff : System RAM 00100000-0022c557 : Kernel code 0022c558-0024455f : Kernel data20000000-2fffffff : Intel Corporation 440BX/ZX - 82443BX/ZX Host bridge68000000-68000fff : Texas Instruments PCI122568001000-68001fff : Texas Instruments PCI1225 (#2)e0000000-e3ffffff : PCI Bus #01e4000000-e7ffffff : PCI Bus #01e4000000-e4ffffff : ATI Technologies Inc 3D Rage LT Pro AGP-133

/proc/iomem


Simpel character devicedriver

xxx

Controler:UART

Status

Data

Control

Sys

tenk

ald

AplikationOperativsystem

Output kald.

ISR

RTE

If NoOfChInBuf = BufSize Wait(OutSem);putbuf(ch); If NoOfChInBuf > 0 Åben for IRQ

Data =getbuf();If NoOfChInBuf < 2/3*BufSize og sender har kaldt Wait() så signal(OutSem);If NoOfChInBuf = 0 Luk for IRQ.

x


FIFO kø: Ringbuffer

ab

c

InPtr

UdPtr

NoOfChInBuf= 3

Int PutBuf(data)

Int GetBuf(&data)


FIFO kø: Ringbuffer#define BufSize 128char ringbuf[BufSize];int InPtr=0, UdPtr=0, NoOfChInBuf=0;

void enable() {asm("STI");}void disable() {asm("CLI");}

void PutBuf(char ch) { disable(); ringbuf[InPtr]= ch; if (BufSize <= ++InPtr) InPtr= 0; ++ NoOfChInBuf enable();}

char GetBuf(){ char ch; disable(); if (NoOfChInBuf > 0) { ch= ringbuf[UdPtr]; NoOfChInBuf--; if (BufSize <= ++UdPtr) UdPtr= 0; } enable(); return ch;}


I/O software.


Device-Independent.

Uniform interface:– Device uafhængig. Fordel for både systemudvikler og

applikationsudvikler.

UNIX/Linux metoden:Fil I/O metoden.

En device refereres vha et symbolsknavn.

ttys1, lp0, sound.

Device systemkaldene: open, read, write, lseek, .....


Device-Independent.

Protections.Major nr: xMinor nr: y

/dev/MinDriver

Mindriver ttys

Protections.Major nr: 3Minor nr: 48

/dev/ttys0

Protections.Major nr: 3Minor nr: 49

/dev/ttys1

fd= open(”/dev/MinDriver”,..);read(fd,..);write(fd,..);

Nr: xNr: 3

Operativsystem

Applikation


Device-Independent.

mknod /dev/MinDevice c 121 0chmod 666 /dev/MinDevice

Oprettelse af device fil:

Character devices:1 mem2 pty3 ttyp4 ttyS6 lp7 vcs10 misc13 input14 sound21 sg180 usb

/proc/devices Major nummerene: 60 to 63, 120 to 127, 240 to 253er reserveret for ekspermintal brug.


I/O software.


Blocking og buffering

Synkrone device:Digital I/O port, Realtids Ur,..Simple divices der kan læses/sættes når man vil.

Asynkrone device:RS232, USB, Keyboard, disk, ....Kræver: Interrupt håndtering, buffering og blocking/signalning.

Fremgangsmåde fra applikationen:Læsning blokere hvis der ikke er data i buffer. (Synkron app.).Signal til Applikationen når der er data. (Asynkron app.)Skrivning blokere hvis devicen ikke kan følge med dvs.Buffer fuld. (Synkron app.).Signal til Applikationen når den er klar til at modtage data. (Asynkron app.)


FejlhåndteringProblem:

Device er en kilde til fejl. Datanet fejl, disk læse/skrive fejl, printerfejl,......

Strategi:Prøv at håndterer fejlen der hvor den opstår,

ellers rapportere op i systemet.

Fx. Disk læse fejl: Devicedriveren kan prøve et antal gange.

Hvis det ikke hjælper sends en fejlmeddelese til brugeren.


Device driver typer

Char device:Strøm af byte.

ttys0, lp, usb, consol,.....

Blok device:Data er organiseret i blokke

Diske.

Network interface:Strøm af byte eller pakkeopdelt.

Kan ikke håndteres alene vha. fil-hald(open,read,write).


Eks. på brug af char device driver #include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <termios.h> #include <stdio.h> main() { int fd, res, stop= 0; struct termios oldtio, newtio; char buf[255]; fd = open("/dev/ttyS1", O_RDWR | O_NOCTTY ); tcgetattr(fd,&oldtio); /* save current port settings */ bzero(&newtio, sizeof(newtio)); newtio.c_cflag = B38400 | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD; newtio.c_iflag = IGNPAR; newtio.c_oflag = 0; /* set input mode (non-canonical, no echo,...) */ newtio.c_lflag = 0; newtio.c_cc[VTIME] = 0; /* inter-character timer unused */ newtio.c_cc[VMIN] = 5; /* blocking read until 5 chars received */ tcflush(fd, TCIFLUSH); tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio); while (!stop) {

res = read(fd,buf,255); /* returns after 5 chars have been input */ } tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio); close(fd);

}


Loadable kernemoduler.#include <linux/module.h>module_init(device1_init);module_exit(device1_exit);

make -C /usr/src/linux M='pwd' modules

mod1.ko

insmod mod1.ko

APP

OPS rmmod mod1


Hjemmelavet devicedriver

1. Skriv et kernemodul der implementere deviven.Major= register_chrdev(0, ”MinDriver”, &fops);Plus meget mere.

2. Indsæt modul i kernen.insmod MinDriver.ko

3. Lav en devicefilmknod –m 664 MinDevice c Major 7


Hjemmelavet devicedriverstatic int device1_init(void) { int res;

device1_cdev = cdev_alloc( ); device1_cdev->ops = &device1_fops;

if (device1_major) { dev = MKDEV(device1_major, device1_minor); res = register_chrdev_region(dev, 1, "device1"); } else { res = alloc_chrdev_region(&dev, device1_minor, 1, "device1"); device1_major = MAJOR(dev); } if (res < 0) { return res;} else printk(KERN_INFO "device1: major number %d\n",device1_major); cdev_init(device1_cdev, &device1_fops); cdev_add (device1_cdev, dev, 1); printk(KERN_INFO "Inserting device1 module\n"); return 0;}

static void device1_exit(void) { unregister_chrdev_region(dev, device1_nr_devs);}


Hjemmelavet devicedriverint device1_open( struct inode *inode, struct file *filp);int device1_release(struct inode *inode, struct file *filp);ssize_t device1_read( struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos);ssize_t device1_write(struct file *filp,const char *buf,size_t count,loff_t *f_pos);

struct file_operations device1_fops = { .read= device1_read, .write= device1_write, .open= device1_open, .release= device1_release};

ssize_t device1_read( struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos){ copy_to_user(buf,buffer,count); return count;}

ssize_t device1_write(struct file *filp,const char *buf,size_t count,loff_t *f_pos){ copy_from_user(buffer,buf,count); return 1;}


Hjemmelavet devicedriverstatic int Device_Open = 0;char *buffer;static int device1_open(struct inode *inode, struct file *file){ int minor_num = iminor(inode); if (Device_Open) return −EBUSY; Device_Open++; // Init driver buffer= kmalloc(Size * sizeof(char), GFP_KERNEL); return 0;}

static int device1_release(struct inode *inode, struct file *file){ Device_Open−−; kfree(buffer); return 0;}



#include <linux/ioport.h>

int check_region(unsigned long start, unsigned long len);

struct resource *request_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name);

void release_region(unsigned long start, unsigned long len);

unsigned char inb(unsigned short port);void outb(unsigned char byte, unsigned short port);

unsigned short inw(unsigned short port);void outw(unsigned short word, unsigned short port);


DMA devicedriver


DMA

A typical direct memory-access controller interface

styresystemer og tjenester

Documents