Иллюстрированный самоучитель по теории операционных систем

Автоконфигурация

– В моем поле зрения появляется новый объект.
Возможно, ты шкаф?
– Нет.
– Возможно ты стол?
– Нет.
– Каков твой номер?
– Женский.
– Иду на вы.
– Иди.

Б. Гребенщиков

Автоматическое определение установленных в системе устройств и их конфигурации экономит время и силы администратора при установке и перенастройке ОС. Разработчику ОС, впрочем, не следует полностью полагаться на автоконфигурацию, особенно при широком спектре оборудования, поддерживаемого системой: ошибки бывают не только в программном обеспечении, но и в аппаратных устройствах, в том числе и в той части логики контроллера, которая обеспечивает его идентификацию и автонастройку.

Автонастройка возможна только при определенной поддержке со стороны аппаратуры. Такая поддержка может обеспечиваться несколькими способами.

• Каждое устройство имеет фиксированные адреса регистров. Системная шина либо генерирует исключение по отсутствию адресуемого устройства, либо при чтении с несуществующего адреса возвращает фиксированное значение (чаще всего 0 или OxFFFFFFFF). Во втором случае достаточно, чтобы один из регистров устройства после включения питания обязательно содержал значение, отличающееся от этого фиксированного. Функция probe драйвера обращается к регистрам этого устройства, и, прочитав правильное значение и не получив при этом ошибки шины, может сделать вывод, что устройство присутствует. Устройства, у которых нет драйверов, таким способом не могут быть обнаружены, но ОС все равно не сможет с ними работать.
  Этот метод плох тем, что трудно применим при большом числе изготовителей периферийных устройств и широкой номенклатуре этих устройств – конфликты между адресами устройств различных изготовителей практически неизбежны.
• Каждое устройство имеет ПЗУ, которое географически отображается на адреса системной шины. После запуска загрузочный монитор сканирует все возможные адреса таких ПЗУ и исполняет хранящийся в найденных микросхемах код. Этот код регистрирует устройство в конфигурационной базе данных загрузочного монитора. ОС после загрузки обращается к этой базе. Данный метод плох тем, что применим, только если устройства подключаются к системам с бинарно совместимыми центральными процессорами.
• Каждое устройство содержит набор конфигурационных регистров, объектно также адресуемых географически. Эти регистры содержат тот или иной уникальный идентификатор устройства и, возможно, сведения о конфигурации. Сканирование этих регистров может осуществляться как самой системой, так и загрузочным монитором. Этот метод лишен недостатков двух предыдущих и широко применяется в большинстве современных периферийных шин, например в PCI.

Приведенные рассуждения справедливы не только для устройств, имеющих адреса на системной шине, но и для устройств, подключаемых к шинам собственной адресацией, например SCSI. Количество адресов шины SCSI невелико, поэтому подсистема автоконфигурации быстро может просканировать их все. Каждое устройство SCSI должно поддерживать команду INQUIRY, в качестве ответа на которую обязано вернуть тип устройства и другую информацию, в частности, название изготовителя и модели, поддерживаемую версию протокола SCSI и др. Одна из форм команды INQUIRY позволяет также проверить, поддерживает ли устройство какую-либо другую команду из набора команд SCSI.

Одна из серьезных неприятностей, которая может возникнуть при автоконфигурации – это конфликт устройств по каким-либо ресурсам, чаще всего – адресам всех или некоторых регистров; линии запроса или вектору прерывания. Если первый конфликт разрешим только перенастройкой аппаратуры (устройства с одним и тем же адресом на шине гарантированно неработоспособны, а в некоторых случаях могут сделать неработоспособной всю шину), то второй может быть обойден сугубо программными средствами.

Действительно, ничто не мешает драйверам конфликтующих устройств разделять один вектор прерывания. При приходе запроса прерывания по этому вектору вызывается один из обработчиков. Он анализирует состояние своего устройства, и если обнаруживает, что прерывание вызвано им, обрабатывает его. Если же прерывание не его, он просто вызывает следующий обработчик.

Эта схема допускает каскадирование потенциально неограниченного количества обработчиков, с тем очевидным недостатком, что каждое дополнительное звено цепочки значительно увеличивает задержку прерывания для всех последующих драйверов.

Большинство современных ОС использует более сложный механизм обработки прерываний, когда пролог и эпилог прерывания исполняются сервисной функцией, предоставленной ядром системы, и уже эта функция вызывает собственно обработчик. Протокол обмена вызывающей функции с обработчиком может включать в себя код возврата: обработчик должен при этом сообщать, "его" это прерывание или не "его". В последнем случае необходимо вызвать следующий обработчик, и так далее.

Эта схема также допускает неограниченное каскадирование и обладает тем же недостатком, что и предыдущая, а именно – увеличивает задержку для последних обработчиков в цепочке.

В любом случае, разделение векторов прерываний требует активной кооперации со стороны обработчиков этих прерываний.