驱动程序和用户应用程序之间的主要区别是什么？

Question

我知道用户应用程序只能在用户模式下运行，这是为了系统安全。 相反，大多数驱动程序在 kernel 模式下运行，以访问 I/O 设备。 尽管如此，一些驱动程序在用户模式下运行，但被允许访问 I/O 设备。 所以我有以下问题。 驱动程序和用户应用程序之间的主要区别是什么？ 不能像某些驱动程序那样允许用户应用程序访问 I/O 设备吗？

谢谢。

Answer 1

首先， 从此链接进行一些预览 ：-

应用程序以用户模式运行，而核心操作系统组件以内核模式运行。 许多驱动程序在内核模式下运行，但是某些驱动程序在用户模式下运行。

当启动用户模式应用程序时， Windows（/任何操作系统）都会为该应用程序创建一个进程。 该过程为应用程序提供了专用虚拟地址空间和专用句柄表。 因为应用程序的虚拟地址空间是私有的，所以一个应用程序无法更改属于另一个应用程序的数据。

除了私有之外，用户模式应用程序的虚拟地址空间也受到限制。 在用户模式下运行的处理器无法访问为操作系统保留的虚拟地址。 限制用户模式应用程序的虚拟地址空间可以防止应用程序更改甚至可能损坏关键操作系统数据。

在内核模式下运行的所有代码共享一个虚拟地址空间。 这意味着内核模式驱动程序不会与其他驱动程序以及操作系统本身隔离。 如果内核模式驱动程序意外写入错误的虚拟地址，则可能会破坏属于操作系统或其他驱动程序的数据。

另外， 从此链接

软件驱动

某些驱动程序根本不与任何硬件设备关联。 例如，假设您需要编写一个可以访问核心操作系统数据结构的工具，该工具只能由以内核模式运行的代码访问。 您可以通过将该工具分为两个部分来实现。 第一个组件在用户模式下运行并显示用户界面。 第二个组件以内核模式运行，并且可以访问核心操作系统数据。 以用户模式运行的组件称为应用程序，以内核模式运行的组件称为软件驱动程序。 软件驱动程序未与硬件设备关联。

另外，软件driver（）始终以内核模式运行。 编写软件驱动程序的主要原因是要访问仅在内核模式下可用的受保护数据。 但是设备驱动程序并不总是需要访问内核模式的数据和资源。 因此，某些设备驱动程序在用户模式下运行。

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驱动程序和用户应用程序之间的主要区别是什么？

区别与潜艇和船舶之间的区别相同。 驱动程序依赖于硬件且特定于操作系统。 它们通常提供任何必要的异步时间相关的硬件接口所需的中断处理。 因此， 几乎所有它们都在用户模式下运行。 如第二段所述，为防止应用程序损坏关键OS数据，用户应用程序必须在用户空间中运行。

另外，并非所有驱动程序都直接与设备通信。 对于给定的I / O请求（例如，从设备读取数据），通常有多个驱动程序（层叠在堆栈中）参与请求。 堆栈中与设备直接通信的一个驱动程序称为功能驱动程序； 执行辅助处理的驱动程序称为筛选器驱动程序。

不能像某些驱动程序一样，允许用户应用程序访问I / O设备吗？

该应用程序调用由操作系统实现的功能，并且操作系统调用由驱动程序实现的功能。 驱动程序知道如何与设备硬件通信以获取数据。 驱动程序从设备获取数据后，会将数据返回给操作系统，然后操作系统将其返回给应用程序。

应用程序通过设备驱动程序（而不是操作系统）提供的API /接口连接到IO设备。 该操作系统处理大多数硬件/软件交互。 硬件供应商编写“插件/模块/驱动程序”，使操作系统可以控制其特定硬件。 因此，使用操作系统提供的接口，您可以编写应用程序以访问IO设备。

因此，没有驱动程序的帮助，用户应用程序就无法直接访问硬件，因为设备驱动程序是使用可以与硬件通信的低级语言编写的，因此所有层次结构下的驱动程序都可以访问设备。用高级语言编写。

另外， 请查看此答案以获取有关各种OS中驱动程序地址空间的更多信息。

Answer 2

您的问题缺少任何具体的操作系统标签，因此我将笼统地回答该主题

是的，驱动程序可以非常类似于基于微内核的操作系统中的用户应用程序。 在微内核中，驱动程序通常只是一个用户空间应用程序，它查询 kernel 以获得一些通用功能，然后在用户空间中正常运行

以在这样的操作系统中的分页/分页驱动程序的假设实现为例。

当在用户模式下发生页面错误时，会像往常一样转换到 kernel，但会出现同步异常，但微内核会通过本地消息队列将页面输入请求排队到用户空间驱动程序。

之后（仍然在异常处理程序中）故障进程被阻塞并出列。

然后，用户空间驱动程序应用程序执行必要的页面输入，并通过本地消息队列再次通知微内核完成的工作。 kernel 然后准备重新安排故障过程，因为它将准备好其 memory 映射。

这样的功能会产生性能开销，但它有其优点，主要是可以像任何其他用户应用程序一样实现和测试驱动程序。

在单片 kernel 中，这种处置是不可能的，其他答案更好地描述了这种情况。