5.2: Code: Console output

对控制台的文件描述符进行的写系统调用最终会到达 uartputc（kernel/uart.c:87）。

// add a character to the output buffer and tell the
// UART to start sending if it isn't already.
// blocks if the output buffer is full.
// because it may block, it can't be called
// from interrupts; it's only suitable for use
// by write().
void
uartputc(int c)
{
  acquire(&uart_tx_lock);

  if(panicked){
    for(;;)
      ;
  }
  while(uart_tx_w == uart_tx_r + UART_TX_BUF_SIZE){
    // buffer is full.
    // wait for uartstart() to open up space in the buffer.
    sleep(&uart_tx_r, &uart_tx_lock);
  }
  uart_tx_buf[uart_tx_w % UART_TX_BUF_SIZE] = c;
  uart_tx_w += 1;//将每个字符追加到缓冲区
  uartstart();
  release(&uart_tx_lock);
}

设备驱动程序维护一个输出缓冲区（uart_tx_buf），这样写入进程无需等待 UART 完成发送操作。相反，uartputc 会将每个字符追加到缓冲区中，调用 uartstart 启动设备传输（如果设备尚未开始传输），然后立即返回。

唯一会导致 uartputc 等待的情况是缓冲区已满。

每次 UART 完成发送一个字节时，它会生成一个中断。uartintr 会调用 uartstart，后者检查设备是否确实完成了发送，并将缓冲区中的下一个输出字符交给设备发送。因此，当一个进程向控制台写入多个字节时，通常第一个字节会通过 uartputc 调用 uartstart 被发送，而缓冲区中剩余的字节将通过uartintr 中的 uartstart 调用，在传输完成中断到达时依次发送。

关于uartstart函数

// if the UART is idle, and a character is waiting
// in the transmit buffer, send it.
// caller must hold uart_tx_lock.
// called from both the top- and bottom-half.
void
uartstart()
{
  while(1){
    if(uart_tx_w == uart_tx_r){
      // transmit buffer is empty.
      ReadReg(ISR);
      return;
    }
    
    if((ReadReg(LSR) & LSR_TX_IDLE) == 0){
      // the UART transmit holding register is full,
      // so we cannot give it another byte.
      // it will interrupt when it's ready for a new byte.
      return;
    }
    
    int c = uart_tx_buf[uart_tx_r % UART_TX_BUF_SIZE];
    uart_tx_r += 1;
    
    // maybe uartputc() is waiting for space in the buffer.
    wakeup(&uart_tx_r);
    
    WriteReg(THR, c);
  }
}

uartstart是 UART 驱动的核心函数之一，负责从发送缓冲区中提取字符并传递给 UART 硬件进行发送。它既可以由进程调用（上半部 top-half），也可以由中断处理程序调用（下半部 bottom-half）。函数的调用者需要持有发送缓冲区的锁 uart_tx_lock，以确保对缓冲区的访问是线程安全的。

if (uart_tx_w == uart_tx_r) {//
    // transmit buffer is empty.
    ReadReg(ISR);
    return;
}

条件含义：uart_tx_w 是发送缓冲区的写指针，uart_tx_r 是读取指针。如果两者相等，说明缓冲区没有待发送的数据。
操作:调用ReadReg(ISR)：读取中断状态寄存器（ISR）以清除潜在的中断状态，确保后续操作的准确性。然后没有数据需要发送,退出函数

if ((ReadReg(LSR) & LSR_TX_IDLE) == 0) {
    // the UART transmit holding register is full,
    // so we cannot give it another byte.
    // it will interrupt when it's ready for a new byte.
    return;
}

条件含义：通过读取 UART 的线路状态寄存器（LSR），检查是否设置了 LSR_TX_IDLE 位（表示 UART 的发送寄存器空闲）。如果未设置，说明 UART 当前忙于发送数据。
操作：返回：如果 UART 硬件尚未准备好接收新数据，则退出函数。硬件会在准备好时通过中断通知驱动。

int c = uart_tx_buf[uart_tx_r % UART_TX_BUF_SIZE];
uart_tx_r += 1;

从缓冲区读取一个字符
操作：从发送缓冲区中读取当前字符，位置为 uart_tx_r % UART_TX_BUF_SIZE（取模操作确保缓冲区是环形的）。将读取指针 uart_tx_r 向前移动一个位置，表示已经消费了一个字符。

wakeup(&uart_tx_r);

唤醒可能等待缓冲区的进程

WriteReg(THR, c);

将字符写入发送寄存器
操作：将刚从缓冲区读取的字符 c 写入 UART 的发送保持寄存器（THR），触发硬件开始发送该字符。

需要注意的一个通用模式是，通过缓冲和中断将设备活动与进程活动解耦。即使没有进程等待读取，控制台驱动程序也能处理输入；随后的读取操作会看到已经累积的输入。同样，进程也可以发送输出，而无需等待设备完成。这种解耦通过允许进程与设备 I/O 并发执行来提高性能，尤其是在设备速度较慢（如 UART）或需要立即处理（如回显键入的字符）时显得尤为重要。

这种思想也被称为 I/O 并发（I/O concurrency）