操作系统内核如何定义所有输入和输出？

Question

我想知道操作系统内核如何定义自己的输入和输出以使计算机运行。当然，你需要合适的硬件才能让它工作，但你怎么能简单地做一些变量并称之为USB_PORT_1或其他什么？是不是也跟固件有关？分配任意值本身不会做任何事情，因此当您将 1 TB 硬盘插入内核标记为 USB3_PORT_0 的 USB 3.0 插槽时，硬件和软件的交互之间肯定缺少一些东西。此时固件中显然发生了一些事情，那是什么？

原因：我正在做一个。

Answer 1

要真正了解硬件和软件之间的交互，您必须了解事物在低层次上的运作方式。什么是变量？在编程语言中，变量可以被赋值，以后可以修改等等。但是这在机器中物理存储在哪里？事实是它可以存储在多个地方。它可能在处理器的一个寄存器中，也可能在 RAM 中，也可能在完全不同的地方。

当内核希望与硬件通信时，有时它可能会通过您所谓的固件，但大多数情况下它不必这样做。硬件以多种方式将自身暴露给内核，但最简单的方式是将其视为 RAM。 RAM 可以通过地址访问，因此 0x1000 是 RAM 中某处的内存地址。一般来说，没有理由将任何特定地址映射到 RAM。假设我有一个 USB 控制器。我可以将一些地址（我们称之为 0xDEADBEEF）映射到这个内存控制器。所以，如果我从 0xDEADBEEF 读取它可能会告诉我有多少设备连接到系统。另一个相邻的地址可能会告诉我哪个端口等等。每个设备的执行方式不同，所以我们有设备驱动程序告诉内核如何访问设备，然后内核不必担心特定的内存地址或任何东西，它只是将所有内容抽象为名为“USB3_PORT_0”的东西。内核和软件只是使用它来引用设备，设备驱动程序将其转换为一组通过中断等方式通过内存进行的访问。

我无法列举硬件和软件可以交互的方式的数量，但是这应该让您了解它是如何完成的。