39. Управление вводом-выводом как функция операционной системы

Выполняющимся процессам необходим доступ к различным устройствам ввода-вывода, например, дискам, лентам, принтерам, терминалам. Если бы каждый процесс выполнял управление все­ми внешними устройствами самостоятельно, то несогласованность со стороны разных процессов мгновенно привела бы к краху системы.

Кроме того, управление периферийными устройствами требует знания особенностей функционирования каждого устройства. Про­граммы управления объёмны и зачастую сложны. Включение про­граммного кода управления устройствами в каждую программу силь­но затрудняет программирование и увеличивает объём программ.

Поэтому одной из важнейших задач современной ОС является предоставление программам простого интерфейса доступа к различ­ным устройствам ввода-вывода и сокрытие от них внутренних меха­низмов работы этих устройств.

ОС берёт на себя функции собственно управления внешни­ми устройствами и обеспечения совместного использования этих устройств множеством одновременно выполняющихся процессов. При этом для некоторых устройств ОС может реализовать режим разделяемого использования несколькими процессами. Для тех же устройств, для которых режим разделения недопустим, ОС реали­зует функции закрепления устройств в монопольное использование запросившим их процессам.

В большинстве современных ОС закрепился принцип представ­ления внешних устройств разных типов в виде обобщённой модели специальных файлов, доступ к которым процессов осуществляется стандартными командами чтения файла и записи в файл.

Все реальные операции обслуживания устройств скрыты в про­граммах управления, называемых драйверами.

40. Назначение каналов ввода-вывода и организация управления ими в операционной системе

Каналом ввода-вывода называют специальное устройство, ча­сто имеющее специализированный процессор и работающее по особой программе, предназначенное для обслуживания внешних устройств и выполнения операций ввода-вывода.

При необходимости выполнить операцию ввода-вывода цен­тральный процессор должен подготовить в ОП область данных и про­грамму для канала, после чего запустить канал в работу. Канал бу­дет осуществлять ввод-вывод самостоятельно, получая доступ к ОП напрямую (методом прямого доступа к памяти, ПДП). Центральный процессор в это время может выполнять другую программу.

По завершении операции ввода-вывода канал выдаст централь­ному процессору сигнал (прерывание) и сообщит о результатах вы­полнения операции (нормальное окончание, либо окончание по какой-либо ошибке).

Истинное значение каналов состоит в том, что они позволяют значительно увеличить параллелизм работы аппаратуры компьюте­ра и освобождают процессор от подавляющей части нагрузки, свя­занной с управлением вводом-выводом.

Для высокоскоростного обмена данными между внешними ус­тройствами и основной памятью используется селекторный канал. Селекторные каналы имеют только по одному подканалу и могут обслуживать в каждый момент времени только одно устройство.

Мультиплексные каналы имеют много подканалов; они могут ра­ботать сразу с многими потоками данных в режиме чередования. Байт-мультиплексный канал обеспечивает режим чередования бай­тов при одновременном обслуживании ряда таких медленных внеш­них устройств, как терминалы, перфокарточные устройства ввода-вывода, принтеры, а также низкоскоростные линии передачи дан­ных. Блок-мультиплексный канал при обменах в режиме чередова­ния блоков может обслуживать несколько таких высокоскоростных устройств, как лазерные принтеры и дисковые накопители.