В операционных системах

Побудительной причиной, в конечном итоге приведшей разработчиков к созда­нию системного программного обеспечения, в том числе операционных систем, стала необходимость предоставить программам средства обмена данными с внеш­ними устройствами, которые бы не требовали непосредственного включения в каж­дую программу двоичного кода, управляющего устройствами ввода-вывода. На­помним, что программирование ввода-вывода является наиболее сложным и трудоемким, требующим очень высокой квалификации. Поэтому код, реализу­ющий операции ввода-вывода, сначала стали оформлять в виде системных биб­лиотечных процедур, а потом и вовсе вывели из систем программирования, включив в операционную систему. Это позволило не писать такой код в каждой программе, а только обращаться к нему — системы программирования стали генерировать об­ращения к системному коду ввода-вывода. Таким образом, управление вводом-выводом — это одна из основных функций любой операционной системы.

С одной стороны, организация ввода-вывода в различных операционных системах имеет много общего. С другой стороны, реализация ввода-вывода в ОС так сильно отличается от системы к системе, что очень нелегко выделить и описать именно основные принципы реализации этих функций. Проблема усугубляется еще и тем, что в большинстве ныне используемых систем эти моменты вообще, как правило, подробно не описаны (исключением являются только системы Linux и FreeBSD, для которых имеются комментированные исходные тексты), а детально описыва­ются только функции API, реализующие ввод-вывод. Другими словами, для тех же систем Windows от компании Microsoft мы воспринимаем подсистему ввода-вывода как «черный ящик». Известно, как можно и нужно использовать эту под­систему, но детали ее внутреннего устройства остаются неизвестными. Поэтому в данной главе мы рассмотрим только основные идеи и концепции. Наконец, по­скольку такой важный ресурс, как внешняя память, в основном реализуется на устройствах ввода-вывода с прямым доступом, а к ним, прежде всего, относятся накопители на магнитных дисках, мы также рассмотрим логическую структуру дис-

Основные концепции организации ввода-вывода в операционных системах 131

ка, начальную стадию процесса загрузки операционной системы, кэширование опе­раций ввода-вывода, оптимизацию дисковых операций.