从标准输出到我的电脑屏幕 [关闭]

Question

在任何入门课程中，您学习的第一件事就是 System.out.println、printf 等打印到标准输出并在您的屏幕上弹出。我想知道该过程中的所有详细步骤。简而言之，我知道涉及以下内容，但我不知道所有细节：

• 对内核进行系统调用
• 文本被光栅化
• CPU 执行程序指令（使用共享库对吗？）
• 涉及屏幕的驱动程序
• CPU 与主板上的某些总线（PCI？还是 PCIe？）通信
• 总线将数据发送到屏幕

我的一些具体问题是：

• 计算机如何知道标准输出意味着放在屏幕上？如果连接了多个屏幕怎么办？它如何从硬盘驱动器或以太网插孔中识别屏幕？
• 视频驱动程序如何参与到方程式中？它如何知道使用什么驱动程序？
• CPU 如何将数据放到总线上？例如，它如何知道要写入哪个地址？该地址如何用于将数据发送到写入位置？您能否提供一些在此过程中使用的示例 CPU 指令？

谢谢！

Answer 1

此外，标准输出就是这样。 “屏幕”的概念是操作系统的抽象。例如，在 Linux 和其他一些 UNIX 中，您的进程与 TTY 或 PTY（电传打字机和伪电传打字机）相关联，这是 stdout 可以指向的地方，但不是必须的。 Stdout 可以指向一个文件，一个网络，任何东西！你必须区分真正的终端（想想 Ubuntu 上的 Ctrl-Alt-F1）和伪终端（想想 Konsole、CMD、Terminal.app）。当您有一个伪终端时，它位于一个窗口中，这会使事情复杂 10 倍。如果你有一个伪终端，这里可能是步骤（Linux）：

1. 进行系统调用 (write) 以将字符串写入 FD 0。
2. write 将写入与 FD 0 关联的文件，该文件很可能连接到您的 PTY 的从控制器。然后，终端仿真器（主控制器）接收输出。
3. 它使用某种图形库（GTK、Qt、SDL、OpenGL 等）来渲染到它的窗口缓冲区。这就是字体幻想会发生的地方。
4. 窗口缓冲区被传递给窗口管理器和 X 窗口系统，它们与所有其他窗口和事物一起绘制它。

至于视频驱动，视频驱动被本系统的两个部分使用：X windows 和 OpenGL。视频驱动程序由配置文件和硬件发现设置，其中操作系统（或 BIOS）探测系统以查找所有可用的硬件并加载驱动程序。

CPU 是如何将数据放入总线的？ （据我所知，以下是特定于 x86 和 Linux 的）。好吧，数据必须以某种方式到达显卡。它可以通过几种方式发生。视频卡将一些视频内存映射到 CPU 内存，或者您使用 x86 I/O 端口（@98​​7654323@ 和out 指令）。

让我们看看第一种情况。所有视频卡都在段地址 0xb800 处映射一个文本视频缓冲区（有些还在某处映射某种 3d 数据缓冲区，但我不确定）。因此，如果我想将字符串 "Hello, world" 写入视频缓冲区，这里有一些 x86 ASM：

mov es, B800H ;Set the extra segment to the video buffer
mov ds, cs ;Set the data segment
mov esi, hellomsg ;Set the source index to the hellomsg
mov edi, 0 ;Video buffer offset
mov ecx, [hellolen] ;How many characters
rep movsb ;Copy

;;Data
hellomsg db "Hello, world!" ;Null terminated hello world
hellolen dw 13

顺便说一句，这是驱动程序或操作系统级别的 ASM —— 它需要直接访问视频缓冲区，或者至少需要将视频缓冲区映射到您的地址空间。另一个选项，I/O 端口，是驱动程序参与的地方。因为什么端口和写什么取决于显卡，我不会举例，但你可以看看。