问当CPU处于保护模式时如何读/写硬盘？

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我有一种感觉，我现在需要做一些硬件驱动。我说的对吗？

严格地说，(取决于你的要求)“需求”可能太强了-理论上你可以切换回真实模式来使用基本输入输出系统功能，或者使用virtual8086监视器，或者编写解释固件指令的解释器，而不是直接执行它们。

但是，BIOS很糟糕(设计用于“一次只能发生一件事”的环境，完全不适合现代系统，因为现代系统期望所有设备都能同时执行有用的工作)，而且BIOS已被弃用(被UEFI取代)，当它无法控制硬件时，很难称其为操作系统(因为固件仍然控制硬件)。

请注意，如果您继续使用BIOS功能，则各种硬件(中断控制器、各种设备的PCI配置空间、任何PCI网桥、计时器等)的状态必须与BIOS的预期相符。这意味着你要么被迫接受巨大的限制(例如，永远不能正确使用IO APIC等)，因为它会破坏其他预先存在的代码使用的BIOS功能，要么你将被迫做大量的工作来取悦BIOS (模拟各种硬件，以便BIOS认为硬件即使不是，也仍然处于它期望的状态)。

换句话说，如果你想要一个很好的操作系统，那么你确实需要编写驱动程序；但如果你只想要一个不能在现代计算机上工作的操作系统(UEFI)，有严重的性能问题(“一次只能发生一件事”)，很难改进，不支持任何BIOS不支持的设备(例如声卡)，也不支持任何类型的“热插拔”(例如插入USB设备)，那么就不需要编写驱动程序。

这就是操作系统开发如此困难的原因吗？

一个糟糕的操作系统很容易开发。例如，像MS-DOS一样可怕的东西(但与MS-DOS不兼容)可能会在1个月内拼凑在一起。

使操作系统难以开发的是让它变得更好。像关心安全性，试图获得可接受的性能，支持多CPU，提供容错，试图使其更适合未来/可扩展，提供良好的GUI，创建深思熟虑的标准(API等)，以及电源管理-这些都是造成操作系统困难的原因。

设备驱动程序增加了难度。在你可以编写驱动程序之前，你需要支持驱动程序所依赖的东西(内存管理，IRQ处理等--可能包括调度器和某种通信)；然后是自动检测设备(例如扫描PCI配置空间)，并尝试启动检测到的驱动程序(可能/希望是从文件系统或初始RAM磁盘，能够在不重新启动的情况下添加/卸载/替换驱动程序)；以及管理设备树的功能--例如，当您将“父设备”置于睡眠状态(或“父设备”有硬件故障，或其驱动程序崩溃，或设备被拔出)时，您将知道哪些“子设备”将受到影响。当然，您需要编写设备驱动程序，其中的难度取决于设备本身(例如，用于NVidia图形处理器的设备驱动程序可能比用于RS232串行端口控制器的设备驱动程序更难编写)。

对于存储设备本身(假设是“80x86PC”)，有大约8个标准是重要的(ATA/ATAPI，AHCI和NVMe；然后是用于USB控制器的‘s，USB接口，eHCI和xHCI，然后是USB海量存储设备规范)。但是，也有各种RAID控制器和/或SCSI控制器没有标准(每个控制器都需要自己的驱动程序)，以及一些过时的东西(软盘控制器、插入软盘控制器或并行端口的磁带驱动器、内置在声卡中的三个专有CD-ROM接口)。

请理解，支持所有这些并不是我们的目标。目标应该是提供设备驱动程序所依赖的东西(如上所述)，然后提供描述设备驱动程序接口的规范(可能/希望包括IO优先级和同步，以及设备/介质移除、错误处理等通知)，以便其他人可以为您编写设备驱动程序。一旦完成，你可以自己实现一些特定的设备驱动程序(例如，最初可能只是AHCI -其他所有东西都可以留到很久以后或者其他人编写它)。

你不一定要写驱动程序。您可以返回到实模式来调用BIOS服务，然后在完成后跳回保护模式。这基本上就是DPMI扩展器(DOS4GW、Causeway等)的工作方式。

Causeway DOS扩展器的源代码是公共领域的，你可以查看它作为参考。http://www.devoresoftware.com/freesource/cwsrc.htm