试图了解设备驱动程序的工作原理

Question

我试图了解设备驱动程序是如何工作的，根据我目前所知道的，设备驱动程序只是操作系统和设备之间的“中间人”。我创建了下图来展示我对设备驱动程序的理解：

此外，应用程序不能直接与设备驱动程序交互，只有操作系统可以这样做（例如，如果应用程序想要打印某些内容，它会“告诉”操作系统，而操作系统会告诉设备驱动程序）。

我的理解正确吗？Windows 和 macOS 上的设备驱动程序的概念与 Linux 上的相同吗？

Answer 1

非常简短：

设备驱动程序最重要的一点是它运行在内核空间中，与内核具有相同的权限，因此可以直接访问硬件。应用程序（通常）不允许这样做。

因此，您可以将设备驱动程序视为内核的一部分，用于组织对某些硬件（“设备”）的访问。

应用程序可以在不同层次上与内核交互：从更高的抽象（例如文件系统）到中等抽象（块设备）到真正低级的抽象（一些文件在/proc/或 中/sys，一些ioctls在设备中/dev）。所以低级交互有时会非常直接地与设备驱动程序对话，只有一个非常薄的层，内核将调用重定向到设备驱动程序。所以“应用程序不能直接与设备驱动程序交互，只有操作系统可以做到这一点”是正确的，也是错误的。

此外，内核中有许多抽象层，就像您在图片中描述的那样（“操作系统发送的消息是相同的，设备驱动程序使用不同的消息与硬件对话。例如，块层接收一个一种消息，但将它们传递给不同的块设备。USB层接收一种消息，但可以使用不同的USB主机控制器。等等。

所以图片要困难得多，内核中有层和子系统，而实际与硬件通信的设备驱动程序位于该层次结构的底部。更令人困惑的是，设备驱动程序和其他层都以模块的形式出现（对于 Linux）。如果您键入lsmod，您可以看到哪些模块处于活动状态，以及哪个模块使用了哪些其他模块。

此外，印刷是一个非常糟糕的例子；大多数特定于打印机的处理发生在用户空间中，而不是在设备驱动程序中。

Windows、Linux 和 MacOS 都遵循这些原则，但细节却大不相同。

这有帮助吗？

编辑：

今天在 Linux 上打印通常是用cups完成的。Cups 有一系列程序，可以为各种打印机呈现文档。所有这些程序都接收一个文件（文档为 pdf/postscript/...）并将其转换为打印机可以理解的格式的另一个文件。所有这些都发生在内核之外，因为这些都不需要访问实际的硬件。它只是读取和写入文件。只有最后一部分，当转换后的数据发送到打印机时，才使用内核。然后它可以使用各种路径，即使对于相同类型的打印机：通过网络、通过 USB、通过串行连接等。最后一部分通常不是特定于打印机的。

因此，Linux 并没有真正为大多数打印机提供特定于打印机的设备驱动程序。（对于几台打印机，您可能需要一台）。