デバイスドライバ

以下動画のテキストです
https://youtu.be/rIbvTC3p-ZI

1. デバイスドライバ May. 6th, 2025 Satoru Takeuchi X: satoru_takeuchi 1
2. デバイスドライバとは • デバイスの操作を担当するカーネル内のコンポーネント • おおざっぱにいうとデバイスの種類だけ存在する ◦ 📝 Linuxのコード数千万行のうち、ほとんどはデバイスドライバのコード 2
3. デバイスの操作方法 • デバイスには1つ以上のレジスタという領域が存在 • どのレジスタにどうアクセスすればデバイスをどんなふうに操作できるかが仕様に書かれている • デバイスドライバはユーザからの要求に応じて仕様通りにレジスタにアクセス 3 デバイス カーネル空間 物理世界 レジスタ デバイスドライバ アクセス
4. デバイスのレジスタにアクセスする方法 • メモリマップトI/O ◦ デバイスのレジスタをカーネルの仮想アドレス空間にマップしてアクセス ◦ メモリと同じようにアクセスできる ◦ 主流の方法。本動画でもこちらについて説明 • ポートマップトI/O ◦ デバイスのレジスタを portと呼ばれるメモリとは別のインタフェースを介してアクセス ◦ 専用の機械語命令を発行する必要がある (例: x86だとin,out命令) 4
5. メモリマップトI/O • デバイスアクセス時はデバイスのレジスタをカーネルの仮想アドレス空間にマップし てアクセス ◦ 📝 実はカーネルがデバイスを認識した段階でデバイスのレジスタは物理アドレス空間にマップされ ている ◦ 📝 物理アドレスのどこに存在するかは OSではなくUEFIやACPIから得る 5 メモリ デバイスAの レジスタ(群) カーネルの 仮想アドレス空間 デバイスBの レジスタ(群) …
6. デバイスドライバのサンプル • 簡単な仕様の仮想的なディスクデバイスを使ってデバイスドライバがどんなことをし ているかを学ぶ 6 レジスタのオフセット 役割 0 読み書きに使うメモリ領域の開始アドレス 10 読み書きに使うディスク内のデータの開始オフセット 20 読み書きサイズ 30 ここに書き込むと処理を要求。 0なら読み出し、1なら書き込み 40 要求された処理が終わったかどうかを示す。処理を開始した時点で 0 になり、完了したら1になる。
7. 初期状態 • カーネル仮想アドレス空間のアドレス500にディスクのレジスタがマップされている 7 メモリ 0 500 510 520 530 540 ??? ??? ??? ??? ??? 仮想アドレス空間 ディスクデバイス 2222 3333 1111 10 0 20
8. やりたいこと • メモリ領域0~100にディスクのオフセット100~200のデータを読み出す 8 メモリ 0 500 510 520 530 540 ??? ??? ??? ??? ??? ディスクデバイス 2222 3333 1111 100 0 200 ??? 100 仮想アドレス空間
9. デバイスドライバの読み出し処理はこんなかんじ func read(mem_addr, dev_offset, size) { regs[] = {500, 510, 520, 530, 540} regs[0] = mem_addr regs[1] = dev_offset regs[2] = size regs[3] = 0 } 9
10. 読み書きするアドレス、オフセットの設定 • アドレス500,510,520にマップされたレジスタを設定 10 メモリ 0 500 510 520 530 540 0 100 100 ??? ??? ディスクデバイス 2222 3333 1111 100 0 200 ??? 100 仮想アドレス空間 メモリアドレス データサイズ ディスク上のオフセット
11. ディスクデバイスに処理を依頼 • アドレス530にマップしたレジスタに0を書き込む(読み出しを意味する) 11 メモリ 0 500 510 520 530 540 0 100 100 0 0 ディスクデバイス 2222 3333 1111 100 0 200 ??? 100 仮想アドレス空間
12. ディスクデバイスがデータを転送 12 メモリ 0 500 510 520 530 540 0 100 100 0 0 ディスクデバイス 2222 3333 1111 100 0 200 2222 100 仮想アドレス空間
13. ディスクデバイスが読み出し完了を示す • 📝 デバイスドライバが読み出し完了を検出する方法は次の動画で説明 13 メモリ 0 500 510 520 530 540 0 100 100 0 1 ディスク 2222 3333 1111 100 0 200 2222 100 仮想アドレス空間
14. まとめ • デバイスはデバイス内のレジスタ領域へのアクセスによって操作 • 何をしたいときにどうレジスタにアクセスすべきかは仕様に書いている • デバイスドライバはユーザからの要求に応じて仕様通りレジスタにアクセス • メモリマップトI/Oの場合アセンブリコード無しでメモリアクセスの感覚でデバイスの レジスタにアクセスできる 14