Работа с жестким диском на программном уровне

Владимир Мешков

В номере 3(4) журнала «Системный администратор» была опубликована статья Алексея Серебрякова «Основы систем хранения данных». В продолжение данной темы давайте рассмотрим, как осуществить доступ к IDE-диску на программном уровне при помощи файла устройства и через порты ATA-контроллера.

Файлы устройств

Файл – основа любой операционной системы, поскольку именно с ним производится наибольшее число действий. В UNIX- и POSIX-системах существуют файлы следующих типов:

n  обычный файл;

n  каталог;

n  FIFO-файл;

n  байт-ориентированный файл устройства;

n  блок-ориентированный файл устройства.

Блок-ориентированный файл устройства служит для представления физического устройства, которое передает данные блоками. Примером блок-ориентированного устройства является жесткий диск. Байт-ориентированный файл устройства служит для представления физического устройства, которое передает данные побайтово (например, модем). Прикладная программа может выполнять операции чтения и записи с файлом устройства так же, как с обычным файлом, а операционная система будет автоматически вызывать соответствующий драйвер устройства для выполнения фактической передачи данных между физическим устройством и приложением. Файл устройства создается командой mknod, одним из аргументов которой является старший номер устройства (major device number). По сути, старший номер – это индекс в таблице ядра, которая содержит адреса всех драйверов, известных системе. В ОС Linux создаются две таблицы – таблица блочных устройств (block device switch) и таблица символьных устройств (character device switch). Обе таблицы являются массивом структур и проиндексированы при помощи значения старшего номера устройства. Таблица блочных устройств определена в файле fs/block_dev.c следующим образом:

static struct {

    const char *name;

    struct block_device_operations *bdops;

} blkdevs[MAX_BLKDEV];

Этот массив заполняется во время регистрации блочного устройства в системе. Для регистрации устройства соответствующий драйвер вызывает функцию register_blkdev (см. файл fs/block_dev.c):

int register_blkdev(unsigned int major, const char * name, struct block_device_operations *bdops)

{

    ....

    blkdevs[major].name = name;

    blkdevs[major].bdops = bdops;

    return 0;

}

Аргумент major – старший номер устройства, name – имя файла устройства, структура struct block_device_operations содержит функции, выполняемые драйвером устройства. Однако функции read и write в этой структуре отсутствуют. Дело в том, что пользовательский процесс не выполняет напрямую операции чтения/записи в блочное устройство. Для этой цели драйвер предоставляет системе механизм request, и все операции ввода/вывода выполняются через буферный кеш системы, но это тема для отдельной статьи.

При снятии регистрации соответствующий элемент массива blkdevs обнуляется:

int unregister_blkdev(unsigned int major, const char * name)

{

    ....

    blkdevs[major].name = NULL;

    blkdevs[major].bdops = NULL;

    return 0;