Внутреннее устройство Linux

Начнем с небольшой предварительной информации. Традиционная конфигурация аппаратных средств SCSI состоит из хост-адаптера, который соединен с цепью устройств с помощью шины SCSI, как показано на рис. 3.1. Хост-адаптер подключен к компьютеру. У этого адаптера и у всех устройств есть идентификаторы SCSI ID, и в зависимости от версии интерфейса SCSI шина может поддерживать 8 или 16 идентификаторов. Наверное, вам приходилось слышать термин исполнитель SCSI, который используется по отношению к устройству и его идентификатору SCSI ID.

Рис. 3.1. Шина SCSI с хост-адаптером и устройствами

Хост-адаптер взаимодействует с устройствами с помощью набора команд SCSI в одноранговой связи; устройства высылают отклик хост-адаптеру. Компьютер не подключен к цепи устройств напрямую, он должен «пройти» через хост-адаптер, чтобы взаимодействовать с дисками и другими устройствами. Как правило, компьютер для связи с устройствами отправляет SCSI-команды хост-адаптеру, а устройства возвращают отклик также через него.

Новые версии интерфейса SCSI, например SAS (Serial Attached SCSI, интерфейс SCSI с последовательным подключением), обеспечивают исключительную производительность, однако вы, вероятно, не отыщете настоящие SCSI-устройства в большинстве компьютеров. Гораздо чаще вы встретите USB-устройства хранения, которые используют команды SCSI. В дополнение к ним устройства, поддерживающие интерфейс ATAPI (например, приводы CD/DVD-ROM), применяют вариант набора команд SCSI.

Диски SATA также присутствуют в системе в качестве устройств SCSI, что достигается с помощью слоя трансляции в библиотеке libata (см. подраздел 3.6.2). Некоторые контроллеры SATA (в особенности высокопроизводительные RAID-контроллеры) осуществляют такую трансляцию аппаратно.

Как же все это уживается вместе? Рассмотрите устройства, показанные в следующей системе:

$ lsscsi

[0:0:0:0] disk ATA WDC WD3200AAJS-2 01.0 /dev/sda

[1:0:0:0] cd/dvd Slimtype DVD A DS8A5SH XA15 /dev/sr0

[2:0:0:0] disk USB2.0 CardReader CF 0100 /dev/sdb

[2:0:0:1] disk USB2.0 CardReader SM XD 0100 /dev/sdc

[2:0:0:2] disk USB2.0 CardReader MS 0100 /dev/sdd

[2:0:0:3] disk USB2.0 CardReader SD 0100 /dev/sde

[3:0:0:0] disk FLASH Drive UT_USB20 0.00 /dev/sdf

Числа в скобках значат следующее (слева направо): номер хост-адаптера SCSI, номер шины SCSI, идентификатор устройства SCSI ID и номер логического устройства LUN (Logical Unit Number, дальнейшее подразделение устройства).

В данном примере в наличии четыре подключенных адаптера (scsi0, scsi1, scsi2 и scsi3), каждый обладает единственной шиной (ее номер всюду 0) с одним устройством на ней (номер исполнителя также 0). Флеш-ридер USB с идентификатором 2:0:0 имеет четыре логических устройства — по одному на каждый тип флеш-карты, которая может быть вставлена. Ядро назначило отдельный файл устройства каждому логическому устройству.

На рис. 3.2 показана иерархия драйверов и интерфейсов внутри ядра для приведенной системной конфигурации, начиная от индивидуальных драйверов устройств и заканчивая драйверами блоков. Сюда не включены обобщенные драйверы SCSI (sg, SCSI generic).

Поначалу такая обширная структура может показаться необъятной, однако поток данных здесь весьма линейный. Начнем анализировать ее, рассмотрев подсистему SCSI и три ее слоя драйверов.

• Верхний слой отвечает за операции для класса устройств. Например, на этом слое имеется драйвер sd (для SCSI-диска); он знает, как переводить запросы от интерфейса блочных устройств в специальные команды протокола SCSI для дисков и наоборот.

• Средний слой анализирует и направляет сообщения SCSI между верхним и нижним слоями, а также отслеживает все шины SCSI и устройства, подключенные к системе.

• Нижний слой отвечает за действия, связанные с аппаратными средствами. Расположенные здесь драйверы отсылают исходящие сообщения протокола SCSI конкретным ведущим адаптерам или аппаратным средствам, а также принимают входящие сообщения от аппаратных средств. Причина для такого отделения от верхнего слоя заключается в том, что, хотя сообщения протокола SCSI и унифицированы для какого-либо класса устройств (например, для дисков), разные типы хост-адаптеров обладают отличающимися процедурами для отправки одинаковых сообщений.

Верхний и нижний слои содержат множество различных драйверов, однако важно помнить о том, что для любого файла устройства в вашей системе ядро применяет один драйвер верхнего слоя и один драйвер нижнего слоя. В нашем примере для диска /dev/sda ядро использует драйвер sd верхнего слоя и драйвер моста ATA на нижнем слое.

Иногда вам может потребоваться применить более одного драйвера верхнего слоя для одного аппаратного средства (см. подраздел 3.6.3).

Для настоящих аппаратных средств SCSI, таких как диск, подключенный к хост-адаптеру SCSI, или аппаратный RAID-контроллер, драйверы нижнего слоя напрямую «общаются» с расположенными ниже аппаратными средствами. Однако для большинства аппаратных средств, которые подключены к вашей подсистеме SCSI, история совсем другая.