Linux驱动开发笔记(五):驱动连接用户层与内核层的文件操作集原理和Demo

2023年 11月 28日 66.9k 0

前言

  驱动写好后,用户层使用系统函数调用操作相关驱动从而实现与系统内核的关联,本篇主要就是理解清楚驱动如何让用户编程来实现与内核的交互。

杂项设备文件操作集

cd /usr/src/linux-headers-4.18.0-15vi include/linux/fs.h

  搜索到(vi则直接使用“/”):

  

struct file_operations {
        struct module *owner;
        loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
        ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
        ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
        ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
        ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
        int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
        int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *);
        __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
        long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
        long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
        int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
        unsigned long mmap_supported_flags;
        int (*open) (struct inode *, struct file *);
        int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
        int (*release) (struct inode *, struct file *);
        int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
        int (*fasync) (int, struct file *, int);
        int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
        ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
        unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
        int (*check_flags)(int);
        int (*setfl)(struct file *, unsigned long);
        int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
        ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
        ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
        ssize_t (*copy_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *,
                        loff_t, size_t, unsigned int);
        int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
        long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
                          loff_t len);
        void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);#ifndef CONFIG_MMU
        unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);#endif
        int (*clone_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *, loff_t,
                        u64);
        ssize_t (*dedupe_file_range)(struct file *, u64, u64, struct file *,
                        u64);} __randomize_layout;

  例如read函数,那么就是打开驱动使用系统read,打开这个设备驱动的句柄,那么就会调用read函数,其他的以此类推,还比较好理解。

Linux文件操作集的意义

概述

  Linux一切都是文件,都有对应的打开、关闭和读写等相关操作,而这些操作都是使用打开文件后的句柄来表示,那么函数再根据句柄的类型,如打开的是杂项设备驱动,就会去调用杂项设备操作文件字符集里面对应的函数来执行操作了。

  在编程的时候会使用open打开一个设备节点(可以是文件打开,可以打开设备),这时候返回得到设备节点句柄标识fd(失败是-1),然后使用fd去read、write等各种操作则会相当于调用这个设备驱动里面文件操作集的read、write。

  下面是常用的文件操作。

open函数(实现测试)

int (*open) (struct inode *, struct file *);

read函数(实现测试)

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *)

write函数(实现测试)

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

poll/select函数(本篇没写)

__poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);

ioctl函数(本篇没写)

long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

close函数(实现测试)

int (*release) (struct inode *, struct file *);

驱动模板准备

  首先复制之前的registerMiscDev的驱动,改个名字为:testFileOpts:

cd ~/work/drivecp -arf registerMiscDev testFileOptscd testFileOptsmake cleanmv registerMiscDev testFileOpts.c

  
Linux驱动开发笔记(五):驱动连接用户层与内核层的文件操作集原理和Demo-1

   然后修改makefile里面的(obj-m模块名称改下),模板准备好了

gedit Makefile

  
Linux驱动开发笔记(五):驱动连接用户层与内核层的文件操作集原理和Demo-2

  下面基于testFileOpts.c文件进行注册杂项设备,修改.c文件:

gedit testFileOpts.c

  
Linux驱动开发笔记(五):驱动连接用户层与内核层的文件操作集原理和Demo-3

#include #include #include #include struct file_operations misc_fops = {
  .owner = THIS_MODULE,};struct miscdevice misc_dev = {
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, // 这个宏是动态分配次设备号,避免冲突
    .name = "register_hongPangZi_testFileOpt", // 设备节点名称
    .fops = &misc_fops,  // 这个变量记住,自己起的,步骤二使用};static int registerMiscDev_init(void){ 
    int ret;
    // 在内核里面无法使用基础c库printf,需要使用内核库printk
    printk("Hello, I’m hongPangZi, registerMiscDev_init\n");
    ret = misc_register(&misc_dev);
    if(ret 

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