07_Geräte

Question 1

Geräte

Hardwareabstraktion

Answer 1

• Aufgabe des BS: Verallgemeinerung der Geräteeigenschaften
• Kernel soll allgemeingültig sein (unabhängig von Hardware)
• Gerätetreiber im BS bieten dem Kernel allgemeine Geräteschnittstelle an -> vom Kernel den Anwendungen/Anwendungsbibliotheken angeboten
  
  • verbergen herstellerspezifische Eigenschaften vor BS
• Geräte = alle am Rechner angeschlossene Peripherie
• z.B. CPU hat auch Treiber, um Statusinformationen (Hitze, Auslastung) zu überwachen u. zum Stromsparen Takt herunterzusetzen/Kerne abzuschalten

Question 2

Geräte

Aufgabe des I/O-Systems des BS

Answer 2

• Bereitstellung allgemeiner Funktionen zur Gerätebedienung – Abstraktion der Gerätefunktionen
• Koordinierung der Gerätenutzung durch Prozesse
• Schutz vor unberechtigten Gerätezugriffen

• Unterstützung für Gerätekonfigurationsmanagement
  
  • statisch, d.h. vor dem Systemeinsatz

  • dynamisch, d.h. zur Laufzeit

Question 3

Geräte

Gerätekonfiguration

Answer 3

statische Konfiguration

• Zusammensetzung des Gerätespektrums vor einer Neuübersetzung des Kerns parametriert
• im endgültigen Betriebssystem nur Gerätetreiber vorhanden, die auch verwendet werden
• Kernel kann statisch gebunden werden
• z.B. Festplattentreiber für Boot-Device

dynamische Konfiguration

• Treiber zur Laufzeit geladen und entladen
• beim Hochfahren versucht jeder Gerätetreiber, seine Geräte zu finden
  
  • kein Erfolg: aus Kernel entfernt/nicht aufgenommen
• erfolgt mit fertig kompilierten Kern -> Gerätetreiber müssen dynamisch eingebunden werden o. Einsprünge in Gerätetreiber über Sprungtabellen hergestellt
• z.B. USB-Devices

Question 4

Geräte

Geräte-Arten

Answer 4

Standardgeräte

• z.B. Drucker, Plotter, Platten

• kein direkter Zugriff durch Anwenderprozesse

• indirekter Zugriff durch höhere Dienste, die ein oder mehrere Geräte exklusiv besitzen

Spezialgeräte

• z.B. Sensoren, Aktuatoren (Fühler, Stellglieder)
• sind Bestandteil einer Anwendung -> Anwender für Erstellung der E/A-Software und deren Integration in BS verantwortlich
• direkter Zugriff durch Anwendungssoftware unentbehrlich

Question 5

Geräte

Abstrakte Geräte

Answer 5

• im BS allgemeine Schnittstelle für Gerätetreiber mit standardisierter Schnittstelle
• möglichst kleiner Umfang von Funktionsaufrufen für alle Gerätefunktionen:
• DeviceId=OpenDevice (Gerätename, Betriebsparameter)
• CloseDevice(DeviceId)

• Ergebnis=Read (DeviceId, from, Länge)
• Ergebnis=Write (DeviceId, from, Länge)
• Status= DeviceStatus (DeviceId)

• CreateDevice (Gerätename, Treiber, Anschlußadressen)
• DeleteDevice (Gerätename) -> Gerät zur Laufzeit einbinden/entfernen

Question 6

Geräte

Implementierung der Gerätetreiber

Answer 6

Standardgeräte: Implementierung der Treiber kann im Kern erfolgen

Spezialhardware: aufwändiger Systemtest i.d.R. nicht möglich -> Realisierung des Treibers in Anwendungssoftware

• Hardwareadressen des Geräts in Adressraum der Anwendung gemappt
• Ansprechen des Geräts für Anwendung wie Lesen/ Schreiben von Speicheradressen
• Schwierigkeit: Weiterleiten des u.U. vorhandenen Geräteinterrupts dar -> Lösung: Signale zur Anwendung

Question 7

Geräte in UNIX

Answer 7

• wie Dateien im System abgebildet
• nahezu alle Gerätefunktionen über dieselben Systemaufrufe wie für Dateien genutzt
• Aufruf für die Ausgabe: “write(..)”, für Eingabe: “read(..)”

Question 8

Geräte in UNIX

Kern-Architektur für die Geräteansteuerung

Answer 8

Netzwerkgeräte

• bilden mit TCP/IP-Stack eine Säule
• vom Anwender über Socket-Schnittstelle ansprechbar

Blockgeräte:

• Block-Buffer-Cache als schneller Zwischenspeicher
• Anwenderschnittstelle = Dateisystem-Schnittstelle (plain files)
• cooked disk interface = direkte Schnittstelle zur Festplatte als Datei = Eintrag in /dev

Zeichenorientierte Geräte:

• Zugriff i.d.R. über “cooked”-Schnittstelle d. Gerätetreiber
• wesentliche Behandlungen von Zeichen in Treiber integriert (z. B. Editieren in Eingabezeilen)
• cooked tty = Zeichenvorverarbeitung (line discipline)
  
  • kann parametrisiert werden
  • z.B. Ausschalten des Zeicheneditierens durch in Konsole (Zeichen anzeigen, löschen, …)

Question 9

Geräte in Unix

Treiberadressierung (Block Devices)

Answer 9

• Header d. Treiber enthalten Informationen, wo Funktionen im Code liegen -> Verweise in Tabelle
• Major-Number: Index in Treibereinsprungtabelle (Block Device Switch Table)
  
  • gleich bei Geräten mit gleicher Schnittstelle (z.B. Festplatte und SSD haben beide SATA-Schnittstelle)
• Minor-Number: Parameter für den Treiber
  
  • identifiziert das Teilgerät, z.B. Festplattenpartition