操作系统I/O与显示器---16
- 继续那台“计算机”
- 让外设工作起来
- 向设备控制器的寄存器写不就可以了吗?
- 一段操纵外设的程序
- 一个统一的视图-文件视图
- 概念有了，开始给显示器输出…
- fd=1的filp从哪里来?
- open系统调用完成了什么?
- 准备好了，真正向屏幕输出!
- 看看crw_table!
- 继续tty_write这一核心函数
- 看看tty->write
- 只有一句话：mov pos
- pos的修改
- printf的整个过程!
继续那台“计算机”
在学完了进程和内存管理之后，下面进入到磁盘驱动和相关IO设备驱动的章节。
让外设工作起来
计算机如何让外设工作起来呢?
每个外设，例如: 显示器有对应的显卡，显卡里面有相关的寄存器，通过往这些寄存器中设置对应的值，就可以控制该外设工作起来了。
CPU通过向外部设备对应的控制器某个寄存器中写入命令，就可以操作对应外部设备的工作了，例如: 常用的out和in指令，来控制往某个外设寄存器中写入或者读取数据。
汇编语言中断及外部设备操作篇–06
而当外部设备处理完后，通过中断方式通知CPU进行处理。
向设备控制器的寄存器写不就可以了吗?
操作系统操作外设，首先需要查寄存器地址、还需要查找对应的硬件手册，来了解相关操作命令的格式和语义。
硬件设备种类繁杂，如果直接让用户面向这些外设控制器中的寄存器来进行操作，那么显然过于麻烦，因此操作系统要给用户提供一个简单 视图—文件视图，这样方便。
通过文件视图，就相当于提供了一个统一操作外设的接口，例如: 向显示器输出字符,都通过print这个接口即可，不需要管后面显示器的类型是什么。
总的来说，操作外设就是下面这三个步骤:
- 提供统一操作某个外设的接口
- 用户调用该接口,接口最终通过out指令,将操作命令发送到对应的外设寄存器中
- 外设通过中断，通知操作系统任务处理完毕
一段操纵外设的程序
代码语言：javascript复制//去打开对应的设备文件---通过统一的open接口
int fd = open(“/dev/xxx”);
for (int i = 0; i < 10; i ) {
//向外设写数据----通过统一的write接口
write(fd,i,sizeof(int));
}
//关闭外设----通过统一的close接口
close(fd);(1) 不论什么设备都是open, read, write, close
- 操作系统为用户提供统一的接口
(2) 不同的设备对应不同的设备文件(/dev/xxx)
- 根据设备文件找到控制器的地址、内容格式等等!
一个统一的视图-文件视图
操作系统提供给用户操作硬件的系统接口都是固定的，但是在操作具体硬件时，需要传入当前操作的文件描述符，然后操作系统根据文件描述符来决定当前操作的具体是哪个硬件，然后进行对应的处理。
概念有了，开始给显示器输出…
从哪里开始这个故事呢?
代码语言：javascript复制printf(“Host Name: %s”, name);printf库展开的部分我们已经知道：先创建缓存buf将格式化输出都写到那里， 然后再write(1,buf,…)
在linux/fs/read_write.c中
//fd是找到file的索引--向屏幕输出时,传入的fd=1，此时1表示的是标准输出的文件描述符号
int sys_write(unsigned int fd, char *buf, int count){
struct file* file;
//current就是当前进程,进程是带动整个系统的视图
//通过传入的文件描述符，找到对应的文件
file = current->filp[fd];
//获得文件对应的节点--该节点内封装了当前文件的信息
inode = file->f_inode;file的目的是得到inode，显示器信息应该就在这里
fd=1的filp从哪里来?
- 因为是被current指向，所以是从fork中来
int copy_process(...){
*p = *current;
for (i=0; i<NR_OPEN;i )
if ((f=p->filp[i])) f->f_count ;显然filp文件打开指针都是从父进程拷贝来的，那么是谁一开始打开的?
- shell进程启动了whoami命令，shell是其父进程
shell 0号进程的初始化过程中对相关文件指针进行从初始化:
代码语言：javascript复制void main(void)
{ if(!fork()){ init(); }void init(void){
//系统初始化的时候打开了一个文件,并且拷贝了两份
//所以filp下标1对应的打开文件指针也是dev/tty0,即终端设备文件
open(“dev/tty0”,O_RDWR,0);dup(0);dup(0);
execve("/bin/sh",argv,envp)}open系统调用完成了什么?
open系统调用，最终会调用到sys_open。
sys_open的作用如下:
- 解析目录，找到inode
在linux/fs/open.c中
int sys_open(const char* filename, int flag,int mode){
struct file* f;
int i,fd;
//调用函数open namei执行打开操作，若返回值小于0，则说明出错，于是释放
//刚申请到的文件结构，返回出错码i。若文件打开操作成功，则inode是已打开文件的i节点指针。
i=open_namei(filename,flag,&inode);
cuurent->filp[fd]=f; //第一个空闲的fd
f->f_mode=inode->i_mode; f->f_inode=inode; f->f_count=1;
return fd;
}- 核心就是建立这样一个链
open(“dev/tty0”,O_RDWR,0)最终目的就是将dev/tty0设备文件对应的inode读入到内存中来，当需要操作该文件设备时,首先就需要获得当前设备对应的inode信息。
准备好了，真正向屏幕输出!
- 继续sys_write!
在linux/fs/read_write.c中
int sys_write(unsigned int fd, char *buf,int cnt){
//拿到当前要操作文件的inode后
inode = file->f_inode;
//判断对应的文件设备是否是字符设备---通过i_mode进行区分
///dev/tty0的inode中的 信息是字符设备
if(S_ISCHR(inode->i_mode))
//往该设备上写入字符,第二个参数是设备号,以及对应要写入的数据位于内存中那个buf缓冲区中
return rw_char(WRITE,inode->i_zone[0], buf,
cnt); ...
- 转到rw_char!
在linux/fs/char_dev.c中
int rw_char(int rw, int dev, char *buf, int cnt){
//根据设备号查询对应的函数指针表---得到对应的函数指针
crw_ptr call_addr=crw_table[MAJOR(dev)];
//通过函数指针调用具体找到的函数
call_addr(rw, dev, buf, cnt); ...}看看crw_table!
代码语言：javascript复制//设备号为4,去查询对应的函数表下标为4的地址，得到rw_ttyx函数指针
static crw_ptr crw_table[]={...,rw_ttyx,};
typedef (*crw_ptr)(int rw, unsigned minor, char *buf, int count)可以猜测到rw_ttyx函数就是用来对终端设备进行具体读写操作的函数了:
代码语言：javascript复制static int rw_ttyx(int rw, unsigned minor, char *buf, int count){
//判断是读还是写
return ((rw==READ)? tty_read(minor,buf):tty_write(minor,buf));}再转到tty_write! //实现输出的核心函数
代码语言：javascript复制在linux/kernel/tty_io.c中
int tty_write(unsigned channel,char *buf,int nr){
//tty_struct可以猜测到就是对设备抽象出来的一个结构体对象
struct tty_struct *tty;
//tty_table可以猜测到是设备列表,通过当前索引,查到当前设备对应的tty对象
tty=channel tty_table;
//可以猜测:输出就是 放入队列!
sleep_if_full(&tty->write_q);
...
}由于内存的速度和其他外部设备，例如: 显示器相比，差距很大，所以。
一般在内存与外设之间进行数据传输时，都需要一个共享缓冲区域，即我们需要先将数据写入到内存的一块缓冲区内，然后外设慢慢去读取数据。
这里是CPU将数据写入到当前设备关联的输出队列中去,然后外设去读取输出队列中的数据，因此CPU将数据写入到这个输出队列前，需要先判断该队列是否已经满了,如果队列已经塞满了，就阻塞等待。
代码语言：javascript复制sleep_if_full(&tty->write_q);sleep_if_full判断当前写入队列是否已经满了，如果已经满了,当前进程就需要进入阻塞等待。
这边涉及到共享内存，因此就需要之前讲到的信号量对共享内存进行保护
继续tty_write这一核心函数
代码语言：javascript复制在linux/kernel/tty_io.c中
int tty_write(unsigned channel, char *buf, int nr){
...
char c, *b=buf;
while(nr>0&&!FULL(tty->write_q)) {
//从用户共享缓冲区中读取数据
//fs:从用户缓存区读!
c = get_fs_byte(b);
if(c==‘r’){PUTCH(13,tty->write_q);continue;}
if(O_LCUC(tty)) c = toupper(c);
b ;
nr--;
//将从用户缓冲区读取出来的数据放入输出队列中去
PUTCH(c,tty->write_q);
} //输出完事或写队列满!
tty->write(tty);
}tty->write应该就是真的开始输出屏幕了!
看看tty->write
先来看看tty_struct结构体的模样:
代码语言：javascript复制在include/linux/tty.h中
struct tty_struct{ void (*write)(struct tty_struct
*tty); struct tty_queue read_q, write_q; }所有设备都会被抽象为一个tty对象，并且该tty对象内部给出的接口也都是固定的，常见的write和read接口等，不同的设备对应不同的tty对象，他们需要给出不同的接口具体方法实现，然后将这些tty对象加入一个tty_table表中。
- 需要看tty_struct结构的初始化!
struct tty_struct tty_table[] = {
{con_write,{0,0,0,0,””},{0,0,0,0,””}},{},…};如果我们需要操作屏幕输出，那么首先需要查表得到屏幕输出对应的tty对象，这里是con_write.
外部设备也分为输入和输出设备，这里屏幕属于输出设备，而常见的键盘和鼠标等，属于输入设备，下一节会讲
- 到了con_write，真正写显示器!
在linux/kernel/chr_drv/console.c中
void con_write(struct tty_struct *tty){
//从队列中取出字符，然后赋值给C
GETCH(tty->write_q,c);
//按照对应的输出格式,将字符输出到屏幕上
if(c>31&&c<127){__asm__(“movb _attr,%%ahnt”
“movw %%ax,%1nt”::”a”(c),
”m”(*(short*)pos):”ax”);
//指向显存的位置往后面移动两位,用来显示下一个字符
pos =2;
}有的外设控制器地址可以和内存统一编址，这时寻址就使用mov,而如果采用独立编址，寻址时则采用out和in
显存特别大，因此通常都是和内存统一编址，因此访问显存时，使用mov指令。
只有一句话：mov pos
在系统启动的时候，会根据BIOS中断,取出硬件参数，其中包括光标的位置，然后将光标的位置放置在90000处。
光标的位置就是显存的位置。
pos的修改
printf的整个过程!
