深入理解Unix内核设备驱动与I/O系统

本文档主要探讨了Unix操作系统内部设备驱动器和I/O管理的相关知识，深入解析了Unix系统的核心组件与硬件交互的工作原理。首先，我们从"UNIX Internals - The New Frontiers"开始，关注设备驱动程序（Devicedrivers）在Unix系统中的角色。设备驱动程序是由第三方供应商编写的，它们控制一个或多个设备并与内核进行交互。这些驱动程序通常封装了特定设备的功能，使得系统可以在不修改核心源代码的情况下方便地添加新设备支持。 接下来，讨论了设备驱动接口（Device Driver Interface），即系统调用接口，这是设备驱动与操作系统内核之间的关键桥梁。通过系统调用，驱动程序可以请求特定服务，如分配或释放设备资源，从而实现硬件设备的控制和操作。 硬件配置部分详细介绍了Unix系统中常见的总线架构，如ISA、EISA、MASBUS、UNIBUS和PCI，以及它们的作用。总线系统由控制器或适配器组成，负责连接多个设备，并为每个设备提供一组控制存储器（CSRs）。I/O空间的概念被提及，它包含所有设备寄存器的集合，反映了设备的物理特性。 硬件配置还包括帧缓冲区（Framebuffer），这是一个独立于主内存的区域，用于显示和图形输出。内存映射I/O（MMIO）是一种数据传输方式，通过将设备寄存器映射到内存地址来执行读写操作。内存映射I/O有三种主要方式：程序控制I/O（PIO）、中断驱动I/O（IRQ）和直接内存访问（DMA），分别对应不同的数据传输策略。 然后，文档深入探讨了设备中断处理。在Unix系统中，每个设备都有一个固定的中断优先级级别（IPL）。当设备触发中断时，它会保存当前状态，提升中断处理级别（通过函数Spltty()）到系统的最高优先级，接着调用相应的中断处理程序（Handler）。中断处理完成后，中断优先级会被降低（Splx()），并恢复原始状态。中断处理程序的识别通常依赖于中断向量号和中断向量表（Vectored interrupts）。 这篇文档揭示了Unix系统内部设备管理的复杂性，从设备驱动程序的编写到硬件交互的细节，涵盖了I/O系统的核心概念和技术，对于理解Unix内核与硬件设备的交互机制具有重要的参考价值。