Linux Device Driver 3读书笔记.Chapter1-3

（一） 写Linux Device Driver的基本思路

　　写驱动，其实主要就是三件事：

1. 实现struct file_operations中的函数。一般至少需要实现六个：
   • int (*open) (struct inode *, struct file *);
   • int (*release) (struct inode *, struct file *);
   • ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t);
   • ssize_t (*write) (struct file *, const char __user, size_t, loff_t);
   • loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
   • int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
2. 实现两个模块中必须的函数：
   • static int __init my_init(void);
   • static void __exit my_exit(void);
     模块，无外乎就是多了init和exit这两个函数，可以把驱动程序中实现的函数加载进内核中，和把驱动程序从内核中卸载。
3. 写一个加载模块的脚本，里面要在用insmod加载了驱动模块之后，用mknode创建/dev中相应的文件。今后用户操作设备时都是通过访问/dev中的设备文件进行的。

（二） 一些重要的数据结构

　　还有一些数据结构也比较关键，关系也比较复杂：

• dev_t
  这个不是structure，是简单变量，只用于保存一组major number和minor number。Linux提供一组Macro对其进行读写：
  • MAJOR(dev_t dev); /* 取设备的major number */
  • MINOR(dev_t dev); /* 取设备的minor number */
  • MKDEV(int major, int minor); /* 从一组指定的major number和minor number创建一个dev_t */
• struct cdev
  用于表示一个char型的设备。里厢内容不详
• struct file_operations
  用于定义一组在某类文件上操作的函数，根据文件类型不同，需要实现的接口也不同。
• struct file
  用于表示某个“打开的”文件，是与进程相关的。每次在有程序对文件执行open系统调用时创建。也就是说，同一个文件/设备，对应在其上操作的不同的进程，会创建多个file结构，而实际上操作的文件（或者说inode）是同一个。struct file里面有当前的指针位置和一些标记位等信息；还有指向一个file_operations结构的指针，对于设备文件，这用于提供到驱动程序的接口。
• struct inode
  用于表示文件系统树形结构中的一个节点，不论是目录还是文件。它里面保存的是文件的具体信息，每个文件只对应一个inode结构。对于char型设备文件，这里面主要有两个field有用：
  • dev_t i_dev; /* 在表示设备文件的inode中用于存放major number和minor number */
  • struct cdev *i_cdev; /* 在表示char型设备文件的inode中用于存放指向对应的cdev的指针 */

（三） scull工作的大致过程：

1. Linux启动时运行加载驱动模块的脚本。脚本首先做insmod。insmod时会调用驱动模块的init函数。在init中，进行了一些与设备本身相关的初始化设置以后（比如scull需要分配内存空间），会调用cdev_init()和cdev_add()来进行字符设备的初始化，并把这个设备添加进系统。这个过程会创建/proc/modules、/proc/devices两个文件和/sys/devices/目录中相应的项目。接下来脚本用mknod命令创建/dev/目录下的文件。这里创建的/dev/scull0，对应的就是前面说到的inode结构。
2. 用户空间的程序通过系统调用open打开设备文件（比如在程序中fopen("/dev/scull0", "w" )），Linux会生成一个file结构，其中会包含f_pos（位置指针）、f_mode（打开方式是否只读等）等状态信息，然后调用驱动模块中定义的open()函数，把刚刚生成的file结构作为参数传给open()。open()通常需要根据情况做一些诸如设置互斥标记位之类的工作。
3. 用户空间的程序通过系统调用进行读写操作（比如使用fprintf()等函数），会调用驱动程序中的read()、write()、llseek()等函数。这些操作会改变file结构中的信息，比如f_pos。
4. 这时如果有另一个用户空间的程序打开这个设备文件，会再创建一个file结构，因为两个进程在访问时file结构中的信息是不同的，比如位置指针就不同。所以Linux把创建file结构的工作放在open系统调用时，而不是系统加载驱动模块时。但是需要注意的是，和第一个打开这个设备的文件不同，这次的file结构是从第一个进程中fork出来。这样，这个fork出来的进程不需要调用驱动程序中定义的release函数，在其返回时，file结构就会自动销毁。也就是说，只有一个进程会调用驱动程序中的open和release函数（虽然可能不只一个进程会试图关闭设备文件），也就保证了文件打开和关闭的次数不会有不同。
5. 每一个程序完成操作，关闭设备文件时（比如使用fclose()函数），会销毁对应的file结构。但是只有最后一个进程关闭文件时才会调用驱动程序的release()函数。
6. 关机时自然就是调用驱动模块中的exit函数，释放资源了。