Система ввода-вывода ос linux

Как правило все устройства ввода-вывода в linux выглядят как файлы и доступ к ним осуществляется с помощью тех же системных вызовов read и write, которые используются для обычных файлов. В некоторых случаях должны быть заданы параметры устройства, что делается при помощи специального системного вызова.

Общие понятия и концепции

В ОС linux реализован особый подход к управлению устройствами ввода-вывода. Данный подход заключается в интегрировании всех устройств ввода-вывода, т.н. файловую систему в виде специальных файлов (special files). Каждому устройству ввода-вывода назначается маршрут. Обычно в каталоге /dev, например диск может иметь маршрут /dev/hd1, принтер /dev/lp. Доступ к этим специальным файлам осуществляется так же, как и к любым другим файлам. Для этого не требуется никаких специальных команд или системных вызовов, например cp f1 /dev/lp. Данная команда скопирует данный файл на принтер, в результате чего файл будет распечатан. Программы могут открывать, читать и записывать в специальные файлы. Существует 2 типа специальных файлов – блочные и символьные. Блочный специальный файл состоит из последовательности пронумерованных блоков. Основное свойство блочного специального файла заключается в том, что к каждому его блоку можно адресоваться и получить доступ. Программа может открыть блочный файл и получить доступ к произвольному пронумерованному блоку. Символьные специальные файлы используются для устройств ввода-вывода символьного потока (клавиатура, мышь, принтер, сети и т.д.). С каждым специальным файлом связан драйвер устройства, осуществляющий работу с соответствующим устройством. У каждого драйвера есть так называемый номер старшего устройства (major device). Если драйвер поддерживает несколько устройств одного типа, то каждому такому устройству присваивается номер младшего устройства(minor device). Вместе взятые номера главного устройства и младшего устройства однозначно определяют каждое устройство ввода вывода.

Работа с сетью:

При работе с сетевыми устройствами в системе linux ключевым понятием является сокет.

Сокеты образуют пользовательский интерфейс для работы с сетью. Сокеты могут динамически создаваться и уничтожаться. При создании сокета вызывающему процессу возвращается дескриптор файла, требующий для установления соединения чтения и записи данных, а также разрыва соединения. Каждый сокет поддерживает определенный тип работы в сети. Например:

1. Надежный, ориентированный на соединение потоков байтов. Данный тип сокетов позволяет двум процессам на различных машинах устанавливать структуру связи типа труба (pipe).

2. Надежный, ориентированный на соединение потоков пакетов. 2-й тип сокетов отличается от первого тем, что он сохраняет границы пакетов.

Каждый из вышерассмотренных типов сокетов гарантирует передачу данных.

3. Ненадежная передача пакетов.

Данный тип сокетов предоставляет пользователю прямой доступ к сети (без труб). Данный тип сокетов полезен для приложений реального времени, возможны потери пакетов и байтов или неверный их порядок. Основное преимущество – высокая производительность. При создании сокета, один из параметров указывает на используемый протокол. Для надежных байтовый потоков используется протокол TCP (Transmission Control Protocol). Для ненадежной передачи пакетов обычно применяется протокол UDP (User Data Protocol). Оба они работают поверх протокола IP. Прежде чем сокет может быть использован с ним должен быть связан адрес. Как только сокеты созданы на компьютере-источнике и на компьютере-приемнике, между ними может быть установлено соединение. Одна сторона делает системный вызов listen(A), указывая в качестве параметра локальный сокет. Другая сторона делает системный вызов connect(B, adress), задавая в параметрах дескриптор файла для локального сокета и адрес для удаленного сокета. Если удаленный компьютер принимает вызов, то система устанавливает соединение между двумя сокетами. После установления соединения оно работает по аналогичному каналу для того, чтобы закрыть данный канал используется системный вызов close.