3.3. 一些重要数据结构.pdf

3.3. ⼀些重要数据结构 3.3. ⼀些重要数据结构 如同你想象的, 注册设备编号仅仅是驱动代码必须进⾏的诸多任务中的第⼀个. 我 将 很快看到其他重要的驱动组件, 但⾸先需要涉及⼀个别的. ⼤部分的基础性的驱动操作 包括 3 个重要的内核数据结构, 称为 file_operations, file , 和 inode . 需要对这些结构的基 本了解才能够做⼤量感兴趣的事情, 因此我 现在在进⼊如何实现基础性驱动操作的 细节之前, 会快速查看每⼀个. 3.3.1. ⽂件操作 到现在, 我 已经保留了⼀些设备编号给我 使⽤, 但是我 还没有连接任何我 设备 操作到这些编号上. file_operation 结构是⼀个字符驱动如何建⽴这个连接. 这个结构, 定 义在 linux/fs.h , 是⼀个函数指针的集合. 每个打开⽂件(内部⽤⼀个 file 结构来代表, 稍后我 会查看)与它⾃⾝的函数集合相关连( 通过包含⼀个称为 f_op 的成员, 它指向 ⼀个 file_operations 结构) . 这些操作⼤部分负责实现系统调⽤, 因此, 命名为 open , read , 等等. 我 可以认为⽂件是⼀个对象并且其上的函数操作称为它的⽅法, 使⽤⾯向 对象编程的术语来表⽰⼀个对象声明的⽤来操作对象的动作. 这是我 在 Linux 内核 中看到的第⼀个⾯向对象编程的现象, 后续章中我 会看到更多. 传统上, ⼀个 file_operation 结构或者其⼀个指针称为 fops( 或者它的⼀些变体) . 结构中 的每个成员必须指向驱动中的函数, 这些函数实现⼀个特别的操作, 或者对于不⽀持的 操作留置为 NULL . 当指定为 NULL 指针时内核的确切的⾏为是每个函数不同的, 如同 本节后⾯的列表所⽰. 下⾯的列表介绍了⼀个应⽤程序能够在设备上调⽤的所有操作. 我 已经试图保持列 表简短, 这样它可作为⼀个参考, 只是总结每个操作和在 NULL 指针使⽤时的缺省内核 ⾏为. 在你通读 file_operations ⽅法的列表时, 你会注意到不少参数包含字串 user. 这种注解 是⼀种⽂档形式, 注意, ⼀个指针是⼀个不能被直接解引⽤ ⽤户空间地址. 对于正常 编译, user 没有效果, 但是它可被外部检查软件使⽤来找出对⽤户空间地址的错误使 ⽤. 本章剩下的部分, 在描述⼀些其他重要数据结构后, 解释了最重要操作的⾓⾊并且给了 提⽰, 告诫和真实代码例⼦. 我 推迟讨论更复杂的操作到后⾯章节, 因为我 还不准 备深⼊如内存管理, 阻塞操作, 和异步通知. struct module owner 第⼀个 file_operations 成员根本不是⼀个操作; 它是⼀个指向拥有这个结构的模块的指 针. 这个成员⽤来在它的操作还在被使⽤时阻⽌模块被卸载. ⼏乎所有时间中, 它被简 单初始化为 THIS_MODULE , ⼀个在 linux/module .h 中定义的宏. loff_t (llseek) (struct f ile , loff_t , int); llseek ⽅法⽤作改变⽂件中的当前读/写位置, 并且新位置作为(正的)返回值. loff_t 参数 是⼀个long offset, 并且就算在 32位平台上也⾄少 64 位宽. 错误由⼀个负返回值指⽰. 如果这个函数指针是 NULL , seek 调⽤会以潜在地⽆法预知的⽅式修改 file 结构中的位 置计数器( 在file 结构 ⼀节中描述) . ssize_t (read) (struct f ile , char __user , size_t, loff _t ); ⽤来从设备中获取数据. 在这个位置的⼀个空指针导致 read 系统调⽤以 - EINVAL(Invalid argument) 失败. ⼀个⾮负返回值代表了成功读取的字节数( 返回值 是⼀个 signed size 类型, 常常是⽬标平台本地的整数类型) . ssize_t (aio_read)(struct kiocb , char __user , size_t , loff_t); 初始化⼀个异步读 -- 可能在函数返回前不结束的读操作. 如果这个⽅法是 NULL , 所有 的操作会由 read 代替进⾏( 同步地) . ssize_t (write) (struct f ile , const char __user , size_t, loff _t ); 发送数据给设备. 如果 NULL , -EINVAL 返回给调⽤ write 系统调⽤的程序. 如果