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Linux 内核如何处理键盘按下？

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Linux 内核如何处理键盘按下？

我目前正在总体了解 Linux 内核和操作系统，虽然我发现了许多有关 IRQ、驱动程序、调度和其他重要操作系统概念的优秀资源，以及与键盘相关的资源，但我很难将它们放在一起全面概述 Linux 内核如何处理键盘上的按钮按下。在这个阶段，我并不试图理解每一个细节，而是试图在某种程度上全面地连接概念。

我想到了以下场景：

  1. 我使用的是带有单处理器的 x64 机器。
  2. 有几个进程正在运行，特别是编辑器VIM( Process #1) 和 say LibreOffice( Process #2)。
  3. 我在里面VIM并按a-键。但是，当前正在运行的进程Process #2（VIM接下来将被安排）。

这就是我想象的事情现在会发生的情况：

  1. 键盘通过一系列步骤生成电信号（USB 协议编码）并通过 USB 线发送。
  2. 信号由 USB 控制器处理，并通过 PCI-e（可能还有其他控制器/总线？）发送到中断控制器 ( APIC)。触发处理器的APIC。INT Pin
  3. 处理器切换到Kernel Mode并IRQ-Number从 请求APIC，并将其用作Interrupt Descriptor Table Register( IDTR) 的偏移量。获得一个描述符，然后使用该描述符来获得中断处理程序例程的地址。据我了解，这个中断处理程序最初是由键盘驱动程序注册的？
  4. 调用中断处理程序（在本例中为键盘处理程序）。

这引出了我的主要问题：中断处理程序例程通过哪种机制将按下的键传达给正确的进程（Process #1）？它实际上是这样做的，还是只是将按下的键写入缓冲区（可通过char-device？），该缓冲区一次对一个进程只读（目前“随附的”到Process #1）？我不明白什么时候Process #1 收到钥匙。它是否立即处理数据，作为中断处理程序时间表立即处理，还是下次调度程序调度时处理关键数据？

  1. 当此处理程序返回 ( IRET) 时，上下文将切换回先前执行的进程 ( Process #2)。

答案1

到目前为止，您的理解是正确的，但您错过了在此基础上构建的大部分复杂性。内核中的处理发生在多个层中，并且按键通过这些层“冒泡”。

USB 通信协议本身涉及的内容要多得多。 USB 的中断处理程序例程会处理此问题，并根据需要从多个片段组装一个完整的 USB 数据包。

按键使用所谓的高压气体放电管（“人机接口设备”）协议，构建在 USB 之上。因此较低的USB内核层检测到完整的消息是USB HID事件，并将其传递给内核中的HID层。

HID 层根据初始化时设备所需的 HID 描述符来解释此事件。然后它将事件传递到输入层。单个 HID 事件可以生成多个按键事件。

输入层使用内核键盘布局表将扫描代码（键盘上按键的位置）映射到键代码（如A）并解释Shift、Alt等。此解释的结果可通过/dev/input/event*用户态进程获得。您可以用来evtest实时观看这些事件。

但到这里处理还没有结束。 X Server（负责图形）有一个通用evdev驱动程序，可以从设备读取事件/dev/input/event*，然后映射它们再次根据第二组键盘布局表（您可以部分使用 XKBD 扩展查看这些键盘布局表，xmodmap并完全通过 XKBD 扩展查看这些键盘布局表）。这是因为 X 服务器早于内核输入层，并且在早期有直接处理鼠标和 PS/2 键的驱动程序。

然后，X 服务器向 X 客户端（应用程序）发送包含键盘事件的消息。您可以使用该应用程序查看这些消息xev。LibreOffice将直接处理此事件，VIM将在将处理该事件的 an 中运行xterm，并且（您猜对了）再次向其添加一些额外的处理，最后将其传递给VIMvia stdin。

够复杂吗？

答案2

它只是将按下的键写入缓冲区（通过字符设备可用吗？）

是的，我应该说。

然后有一种从（低级）控制台到 tty（虚拟）再到伪 tty 的级联。按键操作将写入 /dev/tty1 或 /dev/tty5，具体取决于哪个“控制台”处于活动状态。

在 xterm 中（ps axf 输出）：

  467 tty1     Ss     0:38  \_ -bash
 5820 tty1     S+     0:00      \_ xinit fvwm -- vt9
 5821 tty9     S<sl+  54:15          \_ /usr/lib/Xorg :0 vt9
 5831 tty1     S      0:00          \_ xterm -geometry +1+1 -n login fvwm
 5833 pts/0    Ss+    0:38              \_ fvwm
 ...
 ...
  773 pts/0    S      0:07                  \_ xterm
  775 pts/2    Ss+    0:00                  |   \_ bash
14452 pts/0    S      0:04                  \_ xterm
14454 pts/1    Ss     0:00                  |   \_ bash
14507 pts/1    S      0:00                  |       \_ xfontsel
31044 pts/1    R+     0:00                  |       \_ ps ax f
19549 pts/0    S      0:00                  \_ xterm
19551 pts/3    Ss+    0:00                      \_ bash

这显示了 Xorg 如何从 tty1 在 tty9 上启动，以及 fvwm（窗口管理器）和 xterm（终端仿真器）如何“获取”/dev/pts/0，并且是新的 shell 获取 /dev/pts/1、pts /2。 pts/3 等等。

现在，无论我是否通过以下方式激活 pid 19551 pts/3 bash 进程指点在它的 xterm 窗口中，然后按一个键，或者如果我echo hello >/dev/pts/3从像 /dev/tty5 这样的控制台 vt 执行此操作，则字符会转到正确的进程。

man ps在“进程状态代码”下解释（嗯，它确实列出了它们）：

S    interruptible sleep (waiting for an event to complete)
s    is a session leader    
+    is in the foreground process group

我给你留下这些关键词...

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