Подключение и настройка аппаратных устройств

Существует бесконечное множество аппаратных конфигураций, рассмотреть каждую из которых не представляется возможным. Даже если говорить только о типах устройств, и то рассмотреть их все будет трудновато. А, поскольку данная книга предназначена для начинающих пользователей Linux, будем для простоты считать, что компьютер такого пользователя имеет следующую конфигурацию:

• жесткий диск достаточно большого объема, разбитый на три раздела (раздел для DOS/Windows, раздел для Linux, swap-раздел);
• дисковод для гибких дисков на 3,5 дюйма;
• дисковод CD-ROM;
• принтер;
• клавиатура;
• мышь;
• звуковая карта;
• модем;
• внешний дисковод Zip фирмы Iomega, подключаемый через параллельный порт.

Вопросы настройки перечисленных аппаратных компонентов и рассмотрим. Причем, поскольку настройка монитора была разобрана в "Графический интерфейс" , а о подключении и настройке модема будет рассказано в разделе, посвященном работе в Интернете, то нам остается рассмотреть только 8 типов устройств. Но, прежде чем переходить к рассказу об устройствах конкретных типов, необходимо пояснить такие общие понятия как драйвер устройства и специальный файл устройства.

Драйверы устройств

Как уже говорилось выше, одной из основных задач операционной системы является управление аппаратной частью. Ту программу или тот кусок программного кода, который предназначен для управления конкретным устройством, и называют обычно драйвером устройства. Необходимость драйверов устройств в операционной системе объясняется тем, что каждое отдельное устройство воспринимает только свой строго фиксированный набор специализированных команд, с помощью которых этим устройством можно управлять. Причем команды эти чаще всего предназначены для выполнения каких-то простых элементарных операций. Если бы каждое приложение вынуждено было использовать только эти команды, писать приложения было бы очень сложно, да и размер их был бы очень велик. Поэтому приложения обычно используют какие-то команды высокого уровня (типа "записать файл на диск"), а о преобразовании этих команд в управляющие последовательности для конкретного устройства заботится драйвер этого устройства. Поэтому каждое отдельное устройство, будь то дисковод, клавиатура или принтер, должно иметь свой программный драйвер, который выполняет роль транслятора или связующего звена между аппаратной частью устройства и программными приложениями, использующими это устройство.

В Linux драйверы устройств бывают трех типов.

Драйверы первого типа являются частью программного кода ядра (встроены в ядро). Соответствующие устройства автоматически обнаруживаются системой и становятся доступны для приложений. Обычно таким образом обеспечивается поддержка тех устройств, которые необходимы для монтирования корневой файловой системы и запуска компьютера. Примерами таких устройств являются стандартный видеоконтроллер VGA, контроллеры IDE-дисков, материнская плата, последовательные и параллельные порты.

Драйверы второго типа представлены модулями ядра. Они оформлены в виде отдельных файлов и для их подключения (на этапе загрузки или впоследствии) необходимо выполнить отдельную команду подключения модуля, после чего будет обеспечено управление соответствующим устройством. Если необходимость в использовании устройства отпала, модуль можно выгрузить из памяти (отключить). Поэтому использование модулей обеспечивает большую гибкость, так как каждый такой драйвер может быть переконфигурирован без остановки системы. Модули часто используются для управления такими устройствами как SCSI-адаптеры, звуковые и сетевые карты.

Файлы модулей ядра располагаются в подкаталогах каталога /lib/modules. Обычно при инсталляции системы задается перечень модулей, которые будут автоматически подключаться на этапе загрузки. Список загружаемых модулей хранится в файле /etc/modules. А в файле /etc/modules.conf находится перечень опций для таких модулей. Редактировать этот файл "вручную" не рекомендуется, для этого существуют специальные скрипты (типа update-modules).

Для подключения или отключения модулей в работающей системе имеются специальные утилиты.

• lsmod - выдает список загруженных в данный момент модулей.
• insmod - служит для загрузки или "установки" модуля из командной строки.

  Пример:

  insmod joystick
• rmmod - служит для выгрузки или "удаления" модуля .

  Пример:

  rmmod joystick
• modprobe - автоматически загружает модули. Для того, чтобы отобразить текущую конфигурацию всех модулей можно воспользоваться командой: modprobe -c.

  Примечание Хотя файлы модулей имеют суффикс .o, при использовании этих команд ссылки на модули указываются без упоминания этого суффикса. Например: при упоминании модуля, файл которого называется "joystick.o", вы должны использовать в командной строке просто "joystick".

И, наконец, для третьего типа драйверов устройств программный код драйвера поделен между ядром и специальной утилитой, предназначенной для управления данным устройством. Например, для драйвера принтера ядро отвечает за взаимодействие с параллельным портом, а формирование управляющих сигналов для принтера осуществляет демон печати lpd (который использует для этого специальную программу-фильтр, о чем подробнее будет рассказано ниже). Другие примеры драйверов этого типа - драйверы модемов и X-сервер (драйвер видеоадаптера), о котором шла речь в "Графический интерфейс" .

Но надо специально отметить, что во всех трех случаях непосредственное взаимодействие с устройством осуществляет ядро или какой-то модуль ядра. А пользовательские программы взаимодействуют с драйверами устройств через специальные файлы, расположенные в каталоге /dev и его подкаталогах. То есть взаимодействие прикладных программ с аппаратной частью компьютера в ОС Linux осуществляется по следующей схеме:

устройство <-> ядро <-> специальный файл устройства <-> программа пользователя

Такая схема обеспечивает единый подход ко всем устройствам, которые с точки зрения приложений выглядят как обычные файлы.

Специальные файлы устройств

Однако, в отличие от обычных файлов, специальные файлы устройств в действительности есть только указатели на соответствующие драйверы устройств в ядре. По сравнению с обычными файлами файлы устройств имеют три дополнительных атрибута, которые характеризуют устройство, соответствующее данному файлу:

• Класс устройства. В ОС Linux различают устройства блок-ориентированные и байт-ориентированные. Блок-ориентированные (или блочные) устройства, например, жесткий диск, передают данные блоками. Байт-ориентированные (или символьные) устройства, например, принтер и модем, передают данные посимвольно, как непрерывный поток байтов. Взаимодействие с блочными устройствами может осуществляться лишь через буферную память, а для символьных устройств буфер не требуется. Кроме этих двух классов устройств имеются еще два - небуферизованные байт-ориентированные устройства и именованные каналы (FIFO).
• Старший номер устройства, обозначающий тип устройства, например, жесткий диск или звуковая плата. Текущий список старших номеров устройств можно найти в файле /usr/include/linux/major.h. Вот небольшая выдержка из этого списка

  Таблица 9.1. Старшие номера некоторых устройств

  Старший номер	Тип устройства
  1	Оперативная память
  2	Дисковод гибких дисков
  3	Первый контроллер для жестких IDE-дисков
  4	Терминалы
  5	Терминалы
  6	Принтер (параллельный разъем)
  8	Жесткие SCSI-диски
  14	Звуковые карты
  22	Второй контроллер для жестких IDE-дисков

  Файлы устройств одного типа имеют одинаковые имена и различаются по номеру, прибавляемому к имени. Например, все файлы сетевых плат Ethernet имеют имена, начинающиеся на eth: eth0, eth1 и т. д.
• Младший номер устройства применяется для нумерации устройств одного типа, т. е. устройств с одинаковыми старшими номерами.

Если вы заглянете в каталог /dev и выполните команду ls -l, вы увидите, что эта команда вместо размера файла в байтах, как для обычного файла, выводит два числа, разделенных запятой. Это и есть старший и младший номера данного устройства. Эти номера задаются в соответствии с таблицей устройств, определенной разработчиками ядра.

Старшие номера известных ядру устройств можно увидеть, выполнив команду

[user]$ cat /proc/devices

Если вы решили подключить к системе какое-то новое устройство, необходимо вначале проверить, что в каталоге /dev имеется специальный файл (или ссылка на специальный файл) для этого устройства. Специальные файлы устройств создаются с помощью команды mknod (но, естественно, использовать команду mknod без необходимости и полного понимания последствий не стоит). Эта команда имеет следующий формат:

mknod [опции] имя_устройства тип_устройства старший_номер младший_номер

где тип_устройства может принимать одно из четырех значений:

• b - блок-ориентированное устройство;
• c - байт-ориентированное (символьное) устройство;
• u - небуферизованное байт-ориентированное устройство;
• p - именованный канал.

Для блок-ориентированных и байт-ориентированных устройств ( b, c, u ) нужны и старший и младший номера, для именованных каналов номера не используются. В следующем примере создается специальный файл для терминала, подключенного к порту COM3, который в Linux обозначается как /dev/ttyS2:

[root]# mknod -m 660 /dev/ttyS2 c 4 66

(устройства-терминалы представляют собой байт-ориентированные устройства со старшим номером 4 и младшими номерами, которые начинаются с 64).

Но вот о чем стоит подумать, так это о том, как дать пользователям права, необходимые для доступа к устройствам. Эти права устанавливаются через атрибуты специальных файлов. Можно, например, дать всем пользователям полные права ( chmod 666 ) на доступ к таким устройствам, как /dev/cdrom, /dev/floppy, /dev/modem и так далее. Можете поступить иначе, создав группу "cdrom", сделать /dev/cdrom принадлежащим группе cdrom, а потом добавлять пользователей в эту группу по мере необходимости. Аналогичную процедуру можно применить к другим устройствам.