Writing MS-Dos Device Drivers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Addison-Wesley Professional

作者:Robert S. Lai

出品人:

页数:576

译者:

出版时间:1992-06-10

价格:USD 29.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780201608373

丛书系列:

图书标签:

• MS-DOS
• Device Drivers
• Programming
• C
• Low-Level Programming
• Operating Systems
• Hardware
• PC
• Technical
• Computer Science

深入探索低层系统编程的基石：掌握现代操作系统背后的隐秘艺术 在信息技术日新月异的今天，我们每天都在与各种应用程序和高级界面打交道，享受着它们带来的便捷与高效。然而，在这层层抽象的背后，隐藏着一个至关重要的底层世界，那里是操作系统的心脏，是硬件与软件沟通的桥梁。对于那些渴望理解计算机工作原理、深入挖掘系统潜能的开发者而言，掌握低层系统编程的能力，尤其是设备驱动程序的开发，无疑是迈向精通的关键一步。 本书并非聚焦于某个特定历史时期的操作系统，而是将目光投向了那些构成现代计算基石的普适性原理和技术。我们将一同踏上一段深入探索计算机系统运作奥秘的旅程，重点在于理解和构建能够与底层硬件直接交互的软件组件。这不仅仅是一门关于编写特定指令集的课程，更是一次关于理解操作系统架构、硬件接口以及如何将两者无缝连接的系统性学习。 核心内容概述： 本书将以一种严谨而富有逻辑的方式，引导读者逐步掌握低层系统编程的核心概念和实践技巧。我们将从最基础的层面出发，逐步深入到复杂的系统交互。 1. 操作系统内核的职能与设计哲学： 内核的定义与核心作用： 我们将首先明确操作系统的内核究竟是什么，它在整个系统中的定位，以及其不可或缺的核心职能。这包括但不限于进程管理、内存管理、文件系统管理以及最重要的——设备管理。 内核架构的演变与对比： 了解不同内核设计理念（如宏内核、微内核、混合内核）的优缺点，以及它们如何影响系统的性能、稳定性和可扩展性。我们将探讨这些设计哲学如何影响设备驱动的设计与交互。 中断处理机制： 中断是操作系统响应硬件事件的关键。我们将深入剖析中断的产生、中断向量表、中断服务程序的编写，以及中断在设备驱动程序中的关键作用，如何实现对硬件输入的及时响应。 同步与互斥机制： 在多任务环境下，对共享资源的访问必须得到有效控制，以避免数据损坏。我们将学习各种同步原语（如信号量、互斥锁、自旋锁）的原理与应用，理解它们在驱动程序中如何确保并发操作的正确性。 内存管理与虚拟内存： 虽然驱动程序通常运行在内核空间，但理解用户空间与内核空间之间的内存映射、页表、段页式管理等概念，有助于更全面地理解系统资源分配与访问。 2. 硬件接口与通信协议： I/O 端口与内存映射 I/O： 深入了解计算机如何通过 I/O 端口或内存地址来与外部设备进行通信。我们将学习如何读写这些端口/内存区域，这是驱动程序与硬件交互的基础。 总线架构与设备寻址： 理解 PCI、USB 等常见总线的体系结构，以及设备如何在总线上被识别、寻址和访问。这将帮助读者理解驱动程序如何定位和控制特定的硬件设备。 DMA (Direct Memory Access) 技术： 学习 DMA 如何绕过 CPU 直接在设备和内存之间传输数据，以及其在提高系统吞吐量和效率方面的关键作用。我们将探讨 DMA 控制器的配置与编程。 中断请求 (IRQ) 和中断控制器： 详细介绍中断请求线路的分配、中断控制器的作用，以及设备如何通过 IRQ 向 CPU 发出中断信号。 其他硬件通信方式： 介绍串行通信（如 RS-232）、并行通信等传统接口的原理，以及现代接口（如 SPI、I2C）在嵌入式系统中的应用，理解驱动程序如何适配不同的通信协议。 3. 设备驱动程序的开发范式与实践： 驱动程序的角色与责任： 明确设备驱动程序作为操作系统和硬件之间的抽象层，其核心职责是封装硬件细节，为应用程序提供统一的接口。 驱动程序的生命周期： 学习驱动程序的加载、初始化、工作、卸载等各个阶段，以及在每个阶段需要完成的任务。 字符设备驱动程序： 深入学习如何开发字符设备驱动，例如串口、键盘、鼠标等，理解其基本的文件 I/O 操作（read, write, ioctl）。 块设备驱动程序： 掌握块设备驱动的开发，例如硬盘、SSD 等，理解其缓冲机制、请求队列管理以及与文件系统的交互。 网络设备驱动程序： 探讨网络驱动程序的特殊性，包括数据包的发送与接收、缓冲区管理、中断处理与协议栈的集成。 高级驱动程序技术： 介绍一些更高级的驱动程序开发主题，例如即插即用 (PnP) 支持、电源管理、设备热插拔等，这些都是现代操作系统中必不可少的功能。 调试与性能优化： 学习使用各种调试工具和技术（如内核调试器、日志记录、性能分析工具）来定位和解决驱动程序中的问题，并探讨如何优化驱动程序的性能，减少延迟，提高资源利用率。 安全性考量： 了解驱动程序开发中常见的安全漏洞，以及如何编写更安全、更健壮的驱动程序，防止恶意代码的注入和系统被破坏。 4. 现代操作系统下的驱动开发思路： 内核模块化与 API： 探讨现代操作系统如何通过模块化设计来管理驱动，以及操作系统提供的内核 API 如何规范驱动程序的编写，确保其与内核的兼容性。 驱动程序框架与抽象： 学习现代操作系统提供的通用驱动程序框架，以及这些框架如何简化开发过程，提供一致性的接口。 用户空间驱动的兴起： 了解在某些场景下，将驱动程序的部分或全部功能移至用户空间（如 UIO）的优势与挑战，以及其对系统安全和稳定性的影响。 虚拟化与容器环境下的驱动： 探讨在虚拟化和容器化技术日益普及的今天，驱动程序开发所面临的新挑战和新机遇。 本书的价值与目标读者： 本书旨在为有志于在底层系统编程领域深造的工程师、研究人员以及对计算机工作原理有极致追求的开发者提供一份详实、全面的指导。无论您是正在学习操作系统原理的学生，还是希望深入理解硬件交互机制的嵌入式开发者，亦或是寻求突破现有技术瓶颈的高级软件工程师，本书都将是您宝贵的参考资料。 通过本书的学习，您将不仅仅是学会如何编写一段代码，更重要的是，您将获得： 对计算机系统深层结构的深刻理解： 能够清晰地看到硬件、操作系统内核和应用程序之间的内在联系。 独立解决复杂系统问题的能力： 面对硬件故障、性能瓶颈或系统不稳定时，能够从驱动程序的角度进行分析和诊断。 开发高性能、高可靠性系统的基础： 掌握如何编写高效、健壮的底层代码，为构建更优秀的软件打下坚实基础。 为深入研究特定硬件或操作系统开发铺平道路： 为进一步学习特定硬件平台的驱动开发（如嵌入式 SoC、GPU）或特定操作系统的内核开发（如 Linux Kernel, Windows Driver Model）奠定坚实的理论和实践基础。 这本书是一扇通往计算机系统核心的窗口，它将引导您超越表面的应用，去探索那些真正驱动着现代计算世界的强大力量。准备好迎接这场低层系统编程的探索之旅吧！

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