Sistemi Operativi. Bruschi Martignoni Monga. La gestione. MINIX Architettura I device driver Block device. Memory driver Implementazione

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1 1 Mattia Lezione XXVII: Dip. di Informatica e Comunicazione Università degli Studi di Milano, Italia mattia.monga@unimi.it a.a. 2008/09 1 c 2009 M.. Creative Commons Attribuzione-Condividi allo stesso modo 2.5 Italia License. Immagini tratte da [?] e da Wikipedia L architettura generale Device driver Per ogni classe di dispositivo di I/O (HD, floppy, RAM disk) esiste un apposito driver che condivide un insieme di routine con i driver dedicati alla stessa tipologia di dispositivo (block, char) I driver operano in user mode. Hanno però bisogno di: Leggere e scrivere sulle porte di I/O Reagire agli interrupt Accedere a zone di memoria del kernel Tutte queste funzioni sono svolte attraverso kernel call gestite dal system task

2 Gestione I/O Struttura generale dei driver (1) 1 Un processo che vuole leggere un file (su disco) manda un messaggio a FS 2 FS invia la richiesta al driver 3 Driver inoltra la richiesta al system task, via kernell call 4 Il kernel avvia l operazione e trasferisce i dati tra i processi message msg; 2 void io driver(void){ 3 int rcode, caller; 4 initialize(); / called once / 5 6 while(true){ 7 receive(any, &msg); 8 caller = msg.m source; 9 10 switch(msg.m type){ 11 case DEV READ: rcode = dev read(); break; 12 case DEV WRITE: rcode = dev write(); break; 13 case DEV OTHER: rcode = dev other(); break; 14 default: rcode = ERROR; 15 } msg.m type = DRIVER REPLY; 18 msg.status = rcode; 19 send(caller, &msg); 20 } 444 Struttura generale dei driver (2) Operazioni comuni ai block device Durante la chiamata di una procedura del tipo dev il driver solitamente si interrompe in attesa di un messaggio di interrupt non sono invece accettate richieste per lo svolgimento di nuove operazioni, sino al compimento di quella in corso 1 void dev something(void){ 2 message msg; 3 /... / 4 set controller(); 5 receive(hardware, &msg); 6 /... / 7 } OPEN CLOSE READ WRITE IOCTL consente di modificare alcuni parametri operazionali (p.es. n.ro e dimensioni partizioni) SCATTERED IO abilita la lettura/scrittura di blocchi multipli

3 Struttura del codice Le chiamate sono incapsulate in una libreria (libdriver): il meccanismo è quindi mediato da chiamate indirette 1 message msg; 2 void library io driver(struct driver table entry){ 3 int rcode, caller; 4 5 while(true){ 6 receive(any, &msg); 7 caller = msg.m source; 8 switch(msg.m type){ 9 case DEV READ: rcode = ( entry >dev read)(&msg); break; 10 case DEV WRITE: rcode = ( entry >dev write)(&msg); break; 11 default: rcode = ERROR; 12 } msg.m type = DRIVER REPLY; 15 msg.status = rcode; 16 send(caller, &msg); 17 } 447 Gestire gli accessi alla memoria centrale (RAM) Scopo principale: abilitare l uso di una parte della RAM come se fosse un disco Gli accessi sono gestiti considerando la memoria un dispositivo a blocchi (RAM DISK) RAM DISK: parte della memoria centrale che può essere usata per contenere parte del file system Il memory driver riceve la richiesta per la lettura/scrittura di un blocco dati, ricerca il blocco dati in memoria ed esegue l operazione richiesta su RAM invece che su disco La root del file system può essere montata sul RAM disk 448 Memory device Main loop Il memory driver di Minix gestisce 6 dispositivi: 0:/dev/ram: è un vero RAM disk la cui dimensione definita in fase di boot 1:/dev/mem: consente di accedere a tutta le memoria fisica a partire dall indirizzo 0 2:/dev/kmem consente l accesso alla memoria occupata dal kernel 3:/dev/null: buco nero 4:/dev/boot: un altro ram disk, che viene inizializzato con la boot image 5:/dev/zero: una write su /dev/zero equivale a una write su /dev/null mentre una read da /dev/zero ritorna sempre \0 2 3 PUBLIC int main(void) 4 { 5 / Main program. Initialize the memory driver and start the main loop. / 6 m init(); 7 driver task(&m dtab); 8 return(ok); 9 }

4 Library driver function table Driver function table 1 / drivers/libdriver/driver.h / 2 / Info about and entry points into the device dependent code. / 3 struct driver { 4 PROTOTYPE( char ( dr name), (void) ); 5 PROTOTYPE( int ( dr open), (struct driver dp, message m ptr) ); 6 PROTOTYPE( int ( dr close), (struct driver dp, message m ptr) ); 7 PROTOTYPE( int ( dr ioctl), (struct driver dp, message m ptr) ); 8 PROTOTYPE( struct device ( dr prepare), (int device) ); 9 PROTOTYPE( int ( dr transfer), (int proc nr, int opcode, off t position, 10 iovec t iov, unsigned nr req) ); 11 PROTOTYPE( void ( dr cleanup), (void) ); 12 PROTOTYPE( void ( dr geometry), (struct partition entry) ); 13 PROTOTYPE( void ( dr signal), (struct driver dp, message m ptr) ); 14 PROTOTYPE( void ( dr alarm), (struct driver dp, message m ptr) ); 15 PROTOTYPE( int ( dr cancel), (struct driver dp, message m ptr) ); 16 PROTOTYPE( int ( dr select), (struct driver dp, message m ptr) ); 17 PROTOTYPE( int ( dr other), (struct driver dp, message m ptr) ); 18 PROTOTYPE( int ( dr hw int), (struct driver dp, message m ptr) ); 19 }; / Entry points to this driver. / 3 PRIVATE struct driver m dtab = { 4 m name, / current device s name / 5 m do open, / open or mount / 6 do nop, / nothing on a close / 7 m ioctl, / specify ram disk geometry / 8 m prepare, / prepare for I/O on a given minor device / 9 m transfer, / do the I/O / 10 nop cleanup, / no need to clean up / 11 m geometry, / memory device geometry / 12 nop signal, / system signals / 13 nop alarm, 14 nop cancel, 15 nop select, 16 NULL, 17 NULL 18 }; 452 Read & write dr transfer Le letture e scritture sono svolte attraverso la funzione do rdwt, che a sua volta richiama due funzioni dr prepare e dr transfer dr prepare individua indirizzo di partenza e dimensione del disco (partizione o sottopartizione su cui deve essere effettuata l operazione) dr transfer : Ram disk: chiede al kernel di trasferire fisicamente byte da una zona di memoria all altra Dischi: alle operazioni precedenti va aggiunta anche la gestione della periferica da parte del kernel 2 3 / Virtual copying. For RAM disk, kernel memory and boot device. / 4 case RAM DEV: 5 case KMEM DEV: 6 case BOOT DEV: 7 if (position >= dv size) return(ok); / check for EOF / 8 if (position + count > dv size) count = dv size position; 9 seg = m seg[m device]; if (opcode == DEV GATHER) { / copy actual data / 12 sys vircopy(self,seg,position, proc nr,d,user vir, count); 13 } else { 14 sys vircopy(proc nr,d,user vir, SELF,seg,position, count); 15 } 16 break;

5 sys vircopy 1 / lib/syslib/sys vircopy.c / 2 PUBLIC int sys vircopy(src proc, src seg, src vir, 3 dst proc, dst seg, dst vir, bytes) 4 int src proc; / source process / 5 int src seg; / source memory segment / 6 vir bytes src vir; / source virtual address / 7 int dst proc; / destination process / 8 int dst seg; / destination memory segment / 9 vir bytes dst vir; / destination virtual address / 10 phys bytes bytes; / how many bytes / 11 { 12 / Transfer a block of data. The source and destination can each either be a 13 process number or SELF (to indicate own process number). Virtual addresses 14 are offsets within LOCAL SEG (text, stack, data), REMOTE SEG, or BIOS SEG. 15 / message copy mess; if (bytes == 0L) return(ok); 20 copy mess.cp SRC ENDPT = src proc; 21 copy mess.cp SRC SPACE = src seg; 22 copy mess.cp SRC ADDR = (long) src vir; 23 copy mess.cp DST ENDPT = dst proc; 24 copy mess.cp DST SPACE = dst seg; 25 copy mess.cp DST ADDR = (long) dst vir; 26 copy mess.cp NR BYTES = (long) bytes; 27 return( taskcall(systask, SYS VIRCOPY, &copy mess)); 28 } 455