linux驅動中的write函式

2021-06-21 21:07:52 字數 3823 閱讀 9332

linux下我們在使用裝置的時候,都會用到write這個函式,通過這個函式我們可以象使

用檔案那樣向裝置傳送資料。可是為什麼使用者使用write函式就可以把資料寫到裝置裡面

去,這個過程到底是怎麼實現的呢?

這個奧秘就在於裝置驅動程式的write實現中,這裡我結合一些源**來解釋如何使得一

個簡簡單單的write函式能夠完成向裝置裡面寫資料的複雜過程。

這裡的源**主要來自兩個地方。第一是oreilly出版的《linux device driver》中的

例項,第二是linux kernel 2.2.14核心源**。我只列出了其中相關部分的內容,如果

讀者有興趣,也可以查閱其它源**。不過我不是在講解如何編寫裝置驅動程式,所以不

會對每乙個細節都進行說明,再說有些地方我覺得自己還沒有吃透。

由於《linux device driver》一書中的例子對於我們還是複雜了一些,我將其中的乙個

例程簡化了一下。這個驅動程式支援這樣乙個裝置:核心空間中的乙個長度為10的陣列

kbuf[10]。我們可以通過使用者程式open它,read它,write它,close它。這個裝置的名

字我稱為short_t。

現在言歸正傳。

對於乙個裝置,它可以在/dev下面存在乙個對應的邏輯裝置節點,這個節點以檔案的形式

存在,但它不是普通意義上的檔案,它是裝置檔案,更確切的說,它是裝置節點。這個節

點是通過mknod命令建立的,其中指定了主裝置號和次裝置號。主裝置號表明了某一類設

備,一般對應著確定的驅動程式;次裝置號一般是區分是標明不同屬性,例如不同的使用

方法,不同的位置,不同的操作。這個裝置號是從/proc/devices檔案中獲得的,所以一

般是先有驅動程式在核心中,才有裝置節點在目錄中。這個裝置號(特指主裝置號)的主

要作用,就是宣告裝置所使用的驅動程式。驅動程式和裝置號是一一對應的,當你開啟一

個裝置檔案時,作業系統就已經知道這個裝置所對應的驅動程式是哪乙個了。這個"知道"

的過程後面就講。

我們再說說驅動程式的基本結構吧。這裡我只介紹動態模組型驅動程式(就是我們使用

insmod載入到核心中並使用rmmod解除安裝的那種),因為我只熟悉這種結構。

模組化的驅動程式由兩個函式是固定的:int init_module(void) ;void

cleanup_module(void)。前者在insmod的時候執行,後者在rmmod的時候執行。

init_nodule在執行的時候,進行一些驅動程式初始化的工作,其中最主要的工作有三

件:註冊裝置;申請i/o埠位址範圍;申請中斷irq。這裡和我們想知道的事情相關的只

有註冊裝置。

下面是乙個典型的init_module函式:

int init_module(void)/* init_module*/

上面這個函式我只保留了最重要的部分,其中最重要的函式是

result = register_chrdev(short_major, "short", &short_fops);

這是乙個驅動程式的精髓所在!!當你執行indmod命令時,這個函式可以完成三件大事:

第一,申請主裝置號(short_major),或者指定,或者動態分配;第二,在核心中註冊設

備的名字("short");第三,指定fops方法(&short_fops)。其中所指定的fops方法就是

我們對裝置進行操作的方法(例如read,write,seek,dir,open,release等),如何實現

這些方法,是編寫裝置驅動程式大部分工作量所在。

現在我們就要接觸關鍵部分了--如何實現fops方法。

我們都知道,每乙個檔案都有乙個file的結構,在這個結構中有乙個file_operations的

結構體,這個結構體指明了能夠對該檔案進行的操作。

下面是乙個典型的file_operations結構:

struct file_operations ;

我們可以看到它實際上就是許多檔案操作的函式指標,其中就有write,其它的我們就不

去管它了。這個write指標在實際的驅動程式中會以程式設計師所實現的函式名字出現,它指

向程式設計師實現的裝置write操作函式。下面就是乙個實際的例子,這個write函式可以向核

心記憶體的乙個陣列裡輸入乙個字串。

int short_write (struct inode *inode, struct file *filp, const char *buf,

int count)/* short_write */

裝置short_t對應的fops方法是這樣宣告的:

struct file_operations short_fops = ;

其中null的專案就是不提供這個功能。所以我們可以看出short_t裝置只提供了

read,write,open,release功能。其中write功能我們在上面已經實現了,具體的實現函

數起名為short_write。這些函式就是真正對裝置進行操作的函式,這就是驅動程式的一

大好處:不管你實現的時候是多麼的複雜,但對使用者來看,就是那些常用的檔案操作函式。

但是我們可以看到,驅動程式裡的write函式有四個引數,函式格式如下:

short_write (struct inode *inode, struct file *filp, const char *buf, int count)

而使用者程式中的write函式只有三個引數,函式格式如下:

write(inf fd, char *buf, int count)

那他們兩個是怎麼聯絡在一起的呢?這就要靠作業系統核心中的函式sys_write了,下面

是linux kernel 2.2.14中sys_write中的源**:

asmlinkage ssize_t sys_write(unsigned int fd, const char * buf, size_t count)

我寫了乙個簡單的程式來測試這個驅動程式,該程式源**節選如下(該省的我都省了):

main()

現在我們就演示一下使用者使用write函式將資料寫到裝置裡面這個過程到底是怎麼實現的:

1,insmod驅動程式。驅動程式申請裝置名和主裝置號,這些可以在/proc/devieces中獲得。

2,從/proc/devices中獲得主裝置號,並使用mknod命令建立裝置節點檔案。這是通過主

裝置號將裝置節點檔案和裝置驅動程式聯絡在一起。裝置節點檔案中的file屬性中指明了

驅動程式中fops方法實現的函式指標。

3,使用者程式使用open開啟裝置節點檔案,這時作業系統核心知道該驅動程式工作了,就

呼叫fops方法中的open函式進行相應的工作。open方法一般返回的是檔案標示符,實際

上並不是直接對它進行操作的,而是有作業系統的系統呼叫在背後工作。

4,當使用者使用write函式操作裝置檔案時,作業系統呼叫sys_write函式,該函式首先通

過檔案標示符得到裝置節點檔案對應的inode指標和flip指標。inode指標中有裝置號信

息,能夠告訴作業系統應該使用哪乙個裝置驅動程式,flip指標中有fops資訊,可以告訴

作業系統相應的fops方法函式在那裡可以找到。

5,然後這時sys_write才會呼叫驅動程式中的write方法來對裝置進行寫的操作。

其中1-3都是在使用者空間進行的,4-5是在核心空間進行的。使用者的write函式和作業系統

的write函式通過系統呼叫sys_write聯絡在了一起。

注意:對於塊裝置來說,還存在寫的模式的問題,這應該是由gnu c庫來解決的,這裡不予討

論,因為我沒有看過gnu c庫的源**。

另外,這是乙個測試版的文章,請各位朋友們多提意見和建議,非常感謝!

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