Драйверы и windows 1 страница

В операционных системах microsoft windows драйвер состоит из нескольких файлов, хранящихся обычно в каталогах system, system32 и их подкаталогах. Ядро драйвера хранится в файлах с расширениями.vxd,.drv,.sys и некоторых других, а дополнительные процедуры собраны в динамические библиотеки.dll. Кроме того, в состав драйвера могут входить файлы справки, утилиты, модули деинсталляции и т.д.

Последовательность операций по установке и удалению драйвера хранится в специальном информационном файле.inf. С его помощью windows определяет тип, производителя, модель устройства, класс драйвера, необходимые ресурсы и файлы. В этом файле также описываются операции распаковки, запуска, копирования, удаления, переименования файлов, добавления и удаления ключей в реестре и т.д. Все.inf-файлы хранятся в каталоге inf, причем устанавливаемые драйверы не-microsoft’овского происхождения (не поставляемые в комплекте с ОС) откладываются в отдельный подкаталог inf/other.

windows умеет автоматически находить драйвер для устройства. Для этого она использует технологию plug&play, точнее, ее часть, отвечающую за самоидентификацию устройства. В частности, pci-устройства обнаруживаются bios и заносятся в виде списка в специальную область escd (extended system configuration data). windows может использовать ее, а может и самостоятельно опросить шину pci и узнать у каждого устройства коды его производителя, модели и версии, необходимые ресурсы и другую информацию. Далее проверяется база данных (файлы drvdata.bin и drvidx.bin) по всем известным устройствам и находится необходимый.inf-файл. Если в каталоге.inf имеются новые файлы, они будут автоматически проиндексированы и внесены в базу данных.

Следует также помнить, что операционные системы windows 98 se и windows 2000, равно как и их потомки, поддерживают новую модель драйверов, получившую название wdm (windows driver model). Это – попытка реализовать полную поддержку plug&play и acpi, то есть дать возможность загружать и выгружать драйверы «на ходу», без перезагрузки системы, подключать их в виде фильтров-расширений к стандартным драйверам microsoft, более гибко управлять энергосбережением и конфигурацией устройств и т.п. wdm-драйверы хранятся в каталоге system32/drivers. В частности, интерфейсы нового поколения usb и ieee-1394 (firewire) работают только под управлением wdm-драйверов

29. Структуризация внешней дисковой памяти: разделы, тома, логические диски. Описатели (информационные структуры) разделов и томов: таблица разделов (MBR) и таблица параметров логического диска (BR).

Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.

Основные виды накопителей:

· накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

· накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

· накопители на магнитной ленте (НМЛ);

· накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Им соответствуют основные виды носителей:

· гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;

· жёсткие магнитные диски (Hard Disk);

· кассеты для стримеров и других НМЛ;

· диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.

Основные характеристики накопителей и носителей:

· информационная ёмкость;

· скорость обмена информацией;

· надёжность хранения информации;

· стоимость.

Остановимся подробнее на рассмотрении вышеперечисленных накопителей и носителей.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Итак, общая структура MBR может быть представлена следующей таблицей:

Смещение Длина Описание

000h 446 Код загрузчика

1BEh 64 Таблица разделов

16 Раздел 1

1CEh 16 Раздел 2

1DEh 16 Раздел 3

1EEh 16 Раздел 4

1FEh 2 Сигнатура (55h AAh)

Приведем формат первого сектора жесткого диска:

Смещение, байт	Размер, байт	Описание
	1BEh	Загрузочная запись
1BEh	10H	Элемент таблицы разделов диска
1CEh	10H	Элемент таблицы разделов диска
1DEh	10H	Элемент таблицы разделов диска
1EEh	10H	Элемент таблицы разделов диска
1FEh		Признак таблицы разделов - значение 55AAh

30. Файловая система ОС (FS). Внешняя модель (архитектура) FS. Правила именования и пространства имен в ОС Windows. Элементы полного имени. Типы файловых объектов и их атрибуты.

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С каждым файлом связан набор атрибутов (характеристик), т.е. набор сведений о файле. Состав атрибутов может сильно различаться для разных файловых систем. Приведем примерный список возможных атрибутов, не привязываясь к какой-либо конкретной системе.

• Имя файла. В старых ОС длина имени была жестко ограничена 6 – 8 символами с целью экономии места для хранения имени и ускорения работы. В настоящее время максимальная длина имени составляет обычно около 250 символов, что позволяет при желании включить в имя файла подробное описание его содержимого.

• Расширение имени. По традиции, так принято называть правую часть имени, отделенную точкой. В MS-DOS, как и в некоторых более ранних системах, этот атрибут не является частью имени, он хранится отдельно и ограничивается по длине 3 символами. Однако сейчас возобладал подход, принятый в UNIX, где расширение – это чисто условно выделяемая часть имени после последней точки. Расширение обычно указывает тип данных в файле.

• Тип файла. Некоторые ОС выделяют несколько существенно различных типов файлов, например, символьные и двоичные, файлы данных и файлы программ и т.п. Ниже будут рассмотрены типы файлов, различаемые UNIX.

• Размер файла. Обычно указывается в байтах, хотя раньше часто задавался в блоках.

• Временные штампы. Под этим термином понимаются различные отметки даты и, может быть, времени дня. Важнейшим из временных штампов является время последней модификации, позволяющее определить наиболее свежую версию файла. Полезными могут быть также время последнего доступа (т.е. открытия файла), время последней модификации атрибутов.

Номер версии. В некоторых ОС при всяком изменении файла создавалась его новая версия, причем система могла хранить либо все версии, либо только несколько последних. Это давало немаловажное преимущество – возможность вернуться к старой версии файла, если изменения оказались неудачными. Тем не менее, этот атрибут не привился из-за большой избыточной траты дисковой памяти. При необходимости разработчики могут использовать специальные программные системы управления проектами, обеспечивающие в том числе и хранение старых версий файлов.

• Владелец файла. Этот атрибут необходим в многопользовательских системах для организации защиты данных. Как правило, владельцем является пользователь, который создал файл. Иногда, кроме индивидуального владельца, указывается еще и группа пользователей как коллективный владелец файла.

• Атрибуты защиты. Они указывают, какие именно права доступа к файлу имеют различные пользователи, в том числе и владелец файла.

• Тип доступа. В некоторых ОС (например, в OS/360) для каждого файла должен был храниться допустимый тип доступа: последовательный, произвольный или один из индексных типов, обеспечивающих быстрый поиск данных в файле. В настоящее время более распространен подход, при котором для всех файлов поддерживаются одни и те же типы доступа (последовательный и произвольный), а ускорение поиска должно обеспечиваться, например, системой управления базами данных.

• Размер записи. Если эта величина указана, то адресация нужных данных выполняется с помощью номера записи. Другой подход заключается в том, что данные адресуются их смещением (в байтах) от начала файла, а разбиение файла на записи возлагается на прикладные программы, работающие с файлом.

Флаги (битовые атрибуты). Их разнообразие ограничивается лишь фантазией разработчиков системы, но наиболее распространенным и важным является флаг «только для чтения» (read only), защищающий файл от случайного изменения или удаления. В зависимости от возможностей конкретной файловой системы, файл может быть отмечен как «сжатый», «шифрованный» и т.п.

• Данные о размещении файла на диске. Пользователь, как правило, не знает и не хочет ничего знать о размещении файла (именно для этого и существует понятие файла). Для системы эти данные необходимы, чтобы найти файл.

Записи, в которых содержатся атрибуты каждого файла, собраны в каталоги (они же папки, директории). В ранних ОС (и даже в первой версии MS-DOS) на каждом дисковом томе имелся единственный каталог, содержащий полный список всех файлов этого тома. Такое решение было вполне естественным, пока количество файлов не превышало двух – трех десятков. Однако при увеличении объема дисков и, как следствие, числа файлов на них такой одноуровневый каталог становился все менее удобным. В некоторых ОС использовалась двухуровневая организация каталогов. При этом главный каталог содержал список каталогов второго уровня, закрепленных за отдельными пользователями или проектами. Однако позднее стала общепринятой иерархическая структура каталогов, при которой каждый каталог может, помимо файлов, содержать вложенные подкаталоги, причем глубина вложения не ограничивается.

Все хранящиеся в файловой системе служебные данные, описывающие атрибуты и размещение файлов, структуру каталогов, общую структуру дискового тома и т.п., принято называтьметаданными, в отличие от «просто данных», хранящихся в файлах.

Помимо устройств произвольного доступа (дисков), файлы могут храниться и на таких устройствах последовательного доступа, как магнитные ленты. Однако для лент ведение каталогов затруднительно и польза от них невелика. Как правило, имя и прочие атрибуты файла записываются на ленту непосредственно перед данными этого файла.

31. Внутренняя организация файловой системы (FS). Системные данные FS на томе. Типы файловых систем.

Раздел диска, в котором создана файловая система, разбит на три части.

СУПЕРБЛОК. Занимает 1 Kb. Содержит служебную информацию:

Тип файловой системы,

Размер

Начало списка свободных блоков.

... что-то еще

ОБЛАСТЬ INOD-ов. Занимает примерно 8% общего размера раздела. inode - Index-node - описатель файла. Он содержит всю информацию о файле, за исключением имени файла, и собственно данных файла. В inod'е хранится:

тип файла (файл, каталог, именованный канал, специальный файл)

кто владелец

права(атрибуты) файла

время модификации/создания файла

адреса блоков, из которых состоит файл

что-то еще...

ОБЛАСТЬ ДАННЫХ. В этой области расположены блоки с данными фай лов. Незанятые блоки провязаны в СПИСОК СВОБОДНЫХ БЛОКОВ

Файлы бывают двух основных типов. ФАЙЛ, КАТАЛОГ.

ФАЙЛ - он и есть файл.

КАТАЛОГ - файл фиксированного формата: состоит из строчек с именами файлов, входящих в каталог

Чтобы получить доступ к файлу по имени, операционная система

1. находит это имя в каталоге, содержащем файл,

2. берет Номер_Инода файла,

3. по номеру находит inod в области inod'ов,

4. из inod'а берет адреса блоков, в которых расположены данные файла,

5. по адресам блоков считывает блоки из области данных.

Все.

Существует довольно много разных файловых систем, которые отличаются друг от друга внутренним устройством, однако пользователь везде найдёт привычную структуру из вложенных каталогов и файлов. Файловые системы различаются скоростью доступа, надёжностью хранения данных, степенью устойчивости при сбоях, некоторыми дополнительными возможностями. Современные операционные системы поддерживают по несколько типов файловых систем (помимо файловых систем, используемых для хранения данных на жёстком диске, также файловые системы CD и DVD и пр.). Хотя для каждой операционной системы обычно есть одна «традиционная» файловая система, которая предлагается по умолчанию, является универсальной и подходит абсолютному большинству пользователей.

Важное свойство файловых систем — поддержка журналирования. Журналируемая файловая система ведёт постоянный учёт всех операций записи на диск. Благодаря этому после сбоя электропитания файловая системавсегда автоматически возвращается в рабочее состояние.

Существует несколько типов файловых систем, которые в полной мере поддерживают все возможности, необходимые для полноценной работы Linux (все необходимые типы и атрибуты файлов, в том числе права доступа).

Ext2/3 - Этот тип файловой системы разработан специально для Linux и традиционно используется на большинстве Linux-систем. Фактически в названии «Ext2/3» объединены названия двух вариантов этой файловой системы. Ext3 отличается от Ext2 только поддержкой журналирования, в остальном они одинаковы и легко могут быть преобразованы одна в другую в любой момент без потери данных. Обычно предпочтителен вариант с журналированием (Ext3) в силу его большей надёжности. При высокой параллельной дисковой загрузке производительность Ext3 снижается, что выражается в снижении скорости операций с диском и повышении значения нагрузки на систему (Load Average).

ReiserFS

Файловая система этого типа похожа скорее на базу данных: внутри неё используется своя собственная система индексации и быстрого поиска данных, а представление в виде файлов и каталогов — только одна из возможностей использования такой файловой системы. Традиционно считается, что ReiserFS отлично подходит для хранения огромного числа маленьких файлов. Поддерживает журналирование.

XFS - Файловая система, наиболее подходящая для хранения очень больших файлов, в которых постоянно что-нибудь дописывается или изменяется. Поддерживает журналирование. Лишена недостатков Ext3 по производительности, но при её использовании выше риск потерять данные при сбоях питания (в том числе и по причине принудительного обнуления повреждённых блоков в целях безопасности; при этом метаданные файла обычно сохраняются и он выглядит как корректный). Рекомендуется использовать эту файловую систему с проверенным аппаратным обеспечением, подключенным к управляемому источнику бесперебойного питания (UPS).

SWAPFS - Этот тип файловой системы находится на особом положении — он используется для организации на диске области подкачки (swap). Область подкачки используется в Linux для организации виртуальной памяти: когда программам недостаточно имеющейся в наличии оперативной памяти, часть рабочей информации временно размещается на жёстком диске.

JFS - Разработана IBM для файловых серверов с высокой нагрузкой: при разработке особый упор делался на производительность и надёжность, что и было достигнуто. Поддерживает журналирование.

В Linux поддерживается, кроме собственных, немало форматов файловых систем, используемых другими ОС. Если способ записи на эти файловые системы известен и не слишком замысловат, то работает и запись, и чтение, в противном случае — только чтение (чего нередко бывает достаточно). Файловые системы перечисленных ниже типов обычно присутствуют на разделах диска, принадлежащих другим операционным системам.

FAT12/FAT16/FAT32 - Эти файловые системы используются в MS-DOS и разных версиях Windows, а также на многих съёмных носителях (в частности, на дискетах и USB-flash). Linux поддерживает чтение и запись на эти файловые системы.

NTFS - Файловая система NTFS изначально появилась в системах Windows NT, но может использоваться и другими версиями Windows (например, Windows 2000). В Linux NTFS поддерживается на чтение и на запись.

32. Множественность файловых систем (FS) современных ОС. Файловые системы ОС Windows: FAT12, FET16, FAT32, CDFS, NTFS (NTFS5), сетевые FS. Диспетчер файловых систем (IFS), драйверы FS.

Существует несколько типов файловых систем, которые в полной мере поддерживают все возможности, необходимые для полноценной работы Linux (все необходимые типы и атрибуты файлов, в том числе права доступа).

Ext2/3 - Этот тип файловой системы разработан специально для Linux и традиционно используется на большинстве Linux-систем. Фактически в названии «Ext2/3» объединены названия двух вариантов этой файловой системы. Ext3 отличается от Ext2 только поддержкой журналирования, в остальном они одинаковы и легко могут быть преобразованы одна в другую в любой момент без потери данных. Обычно предпочтителен вариант с журналированием (Ext3) в силу его большей надёжности. При высокой параллельной дисковой загрузке производительность Ext3 снижается, что выражается в снижении скорости операций с диском и повышении значения нагрузки на систему (Load Average).

ReiserFS - Файловая система этого типа похожа скорее на базу данных: внутри неё используется своя собственная система индексации и быстрого поиска данных, а представление в виде файлов и каталогов — только одна из возможностей использования такой файловой системы. Традиционно считается, что ReiserFS отлично подходит для хранения огромного числа маленьких файлов. Поддерживает журналирование.

XFS - Файловая система, наиболее подходящая для хранения очень больших файлов, в которых постоянно что-нибудь дописывается или изменяется. Поддерживает журналирование. Лишена недостатков Ext3 по производительности, но при её использовании выше риск потерять данные при сбоях питания (в том числе и по причине принудительного обнуления повреждённых блоков в целях безопасности; при этом метаданные файла обычно сохраняются и он выглядит как корректный). Рекомендуется использовать эту файловую систему с проверенным аппаратным обеспечением, подключенным к управляемому источнику бесперебойного питания (UPS).

SWAPFS - Этот тип файловой системы находится на особом положении — он используется для организации на диске области подкачки (swap). Область подкачки используется в Linux для организации виртуальной памяти: когда программам недостаточно имеющейся в наличии оперативной памяти, часть рабочей информации временно размещается на жёстком диске.

JFS - Разработана IBM для файловых серверов с высокой нагрузкой: при разработке особый упор делался на производительность и надёжность, что и было достигнуто. Поддерживает журналирование.

В Linux поддерживается, кроме собственных, немало форматов файловых систем, используемых другими ОС. Если способ записи на эти файловые системы известен и не слишком замысловат, то работает и запись, и чтение, в противном случае — только чтение (чего нередко бывает достаточно). Файловые системы перечисленных ниже типов обычно присутствуют на разделах диска, принадлежащих другим операционным системам.

FAT12/FAT16/FAT32 - Эти файловые системы используются в MS-DOS и разных версиях Windows, а также на многих съёмных носителях (в частности, на дискетах и USB-flash). Linux поддерживает чтение и запись на эти файловые системы.

NTFS - Файловая система NTFS изначально появилась в системах Windows NT, но может использоваться и другими версиями Windows (например, Windows 2000). В Linux NTFS поддерживается на чтение и на запись.

Драйверы файловых систем - При эксплуатации ОС может возникнуть необходимость монтировать файловыесистемы, отличающиеся от ``родной'' ФС. Особенно часто она возникает ворганизациях, где используются ОС нескольких разных типов.Да и в организациях, работающих с монокультурой MS DOS/MS Windows,такая потребность возникает все чаще. Во-первых, доступ к файлам на файловомсервере осуществляется существенно иными способами, чем к файлам на локальномдиске, даже если на сервере стоит та же ДОС с той же ФС типаFAT. Во-вторых, дисководы для CD-ROM становятся все дешевле ираспространяются все шире. При этом стандартная ФС на CD-ROM - вовсе неFAT.

Решение этой проблемы приходит в голову сразу - необходим драйвер файловойсистемы со стандартным интерфейсом, подобный драйверу внешнего устройства.Естественно, набор функций такого драйвера должен быть существенно иным:

mount - монтирование ФС.В зависимости от типа ФС параметры этой функции должны различаться.Для ФС на локальных дисках достаточно передать системный идентификатормонтируемого диска. Для ФС на удаленной машине мы должныпередать сетевой адрес этой машины и имя требуемой файловой системы.Во многих случаях проводится различие между монтированием ФС длячтения/модификации или только для чтения: при монтировании с модификациейустанавливается флаг загрязнения (dirty flag) ФС);

umount - размонтирование ФС;

GetFreeSpace или df - получение информации о ФС: общее пространство,свободное пространство, количество файлов и т.д;

FindFirst/FindNext или opendir/readdir - функции для чтения изкаталога. Считанную информацию необходимо привестик формату, принятому в данной ОС. В частности, может оказаться необходимымсократить и/или преобразовать считанные имена файлов. Например, драйверHPFS, используемый в эмуляторе MS DOS, в системеOS/2 не выполняет такого преобразования. В результатеDOS-овские программы не видят файлов и каталогов с длинными именами;

access - проверить существование файлаи возможность доступа к нему в заданном режиме, например, для чтения или длязаписи;

stat - функция для получения информациио файле с заданным именем. Драйвер ФС должен считать доступную информацию офайле и привести ее к принятому в ОС формату. При этом, возможно,придется проигнорировать часть считанной информации, а другую часть, напротив,драйвер вынужден сочинять сам. Так драйвер файловой системы FATв ОС семейства Unix вынужден сочинять идентификатор хозяина файла,права доступа и т.д.;

open - открыть существующий или создать новый файл с заданным именем;

read и write - функции считывания данных из файла и записив него;

lseek - позиционирование в файле;

lock - функция (в действительности, набор функций) блокировки длясинхронизации доступа к файлу или его участкам. Подробнее о них см. вп. 4.3.3. При работе с локальными ФС операции блокировки могутпрослеживаться ядром системы и не доходить до драйвера ФС, но при работес разделяемыми по сети ФС блокировки необходимо отслеживать на уровнепротокола разделения файлов, поэтому драйвер сетевой ФС обязанзнать о блокировках.

close - закрыть файл;

delete или unlink - удалить файл или его имя;

link - создать связь с файлом (новое имя). Далеко не все ОС иФС поддерживают эту операцию;

mkdir - создать каталог;

rmdir - удалить каталог. Обычно разрешено удаление только пустыхкаталогов.

Кроме собственно драйвера ФС, для ее полноценной поддержки нужны следующиепрограммы:

• программа создания ФС - mkfs или FORMAT;

• программа контроля и починки ФС - fsck или CHKDSK;

• программа fstyp, которая смотрит на диск и пытается определить,``ее" это диск или не ее. Она полезна при монтировании ФС савтоматическимопределением ее типа;

• программа mount, которая принимает из командной строки зависящиеот типа ФС параметры, проверяет их допустимость и инициализируетдрайвер ФС.

Например, дистрибутив ОС UnxiWare 2.0 фирмы SCO,основанной на UNIX System V R4.2,содержит драйверы следующих файловых систем:

memfs - файловая система, размещающая файлы в оперативной памяти.Может рассматриваться как эквивалент виртуального диска в MS DOS.

dosfs - файловая система FAT.

XENIX - файловая система, используемая ОС Xenix.Эта ФС по структуре похожа на остальные ФС ОС семейства Unix,но не поддерживает символических связей и ограничивает длину имени файла12 символами. Неустойчива к сбоям.

Дата добавления: 2015-01-03