第三章 linux文件系统与设备文件系统 新 linux设备驱动程序 教学课件

设备驱动程序,第三章 Linux文件系统与设备文件系统,目录,Linux文件操作 Linux文件系统 devfs设备文件系统 udev设备文件系统,目录,Linux文件操作 Linux文件系统 devfs设备文件系统 udev设备文件系统,文件操作的相关系统调用,创建参数mode指定新建文件的存取权限，它同umask一起决定文件的最终权限打开Open（）函数有两个形式，其中pathname是我们要打开的文件名，flags可以是下表的一个值或者是几个值的组合如果文件打开成功，open函数会返回一个文件描述符，以后对该文件的所有操作就可以通过对这个文件描述符进行操作来实现,文件操作的相关系统调用,O_RDONL、YO_WRONY、O_RDWR这三个标志只能使用任意的一个如果使用了O_CREATE标志，则使用的函数是后者。这个时候我们还要指定mode标志，用来表示文件的访问权限。Mode可以是下表的值的组合,文件操作的相关系统调用,除了可以通过上述宏进行或逻辑产生标志以外，我们也可以自己用数字来表示，Linux总共用5个数字来表示文件的各种权限：第一位表示设置用户ID，第二位表示设置组ID，第三位表示用户自己的权限位，第四位表示组的权限，第五位表示其他人的权限。每个数字可以取1（执行权限）、2（写权限）、4（读权限）、0（无）或者是这些值的和。,文件操作的相关系统调用,读写函数Write（）实现将把length个字节从buf指向的缓冲区写文件描述符fd所指向的文件中，返回值为实际写入的字节数。函数read（）实现从文件描述符fd所指定的文件中读取length个字节到buf指向的缓冲区中，返回值为实际读取的字节数。以O_CREAT为标志的open函数实际上实现了文件创建的功能，因此，下面的函数等同creat（）函数。,文件操作的相关系统调用,定位该函数将文件读写指针相对whence移动offset个字节。操作成功时，返回文件指针相对于文件头的位置。关闭Fd是要关闭的文件描述符,C库函数的文件操作,C库函数的文件操作是独立于具体的操作系统平台的，不管是在DOS、Windows、Linux还是在VxWorks中都是这些函数。创建和打开读写关闭,目录,Linux文件操作 Linux文件系统 devfs设备文件系统 udev设备文件系统,Linux文件系统目录结构,Linux文件系统与设备驱动,Linux文件系统与设备驱动,应用程序和VFS之间的接口是系统调用，而VFS与磁盘文件系统以及普通设备之间的接口是file_operations结构体成员函数。由于字符设备的上层没有磁盘文件系统，所以字符设备的file_operations成员函数就直接由设备驱动提供了， file_operations正是字符设备驱动的核心。,Linux文件系统与设备驱动,File结构体文件结构代表一个打开的文件，系统中每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。它由内核在打开文件时创建，并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。Inode结构体VFS inode包含文件访问权限、属主、组、大小、生成时间、访问时间、最后修改时间等信息。从一个inode中获得主设备号和次设备号：,Linux文件系统与设备驱动,同一类设备使用相同的主设备号,使用的驱动相同。次设备号用于区分具体的设备。查看/dev目录可以获知系统中包含的设备文件。 mknod /dev/global_chardev c 254 0 查看/proc/devices可以获知系统中注册的设备，第1列为主设备号，第2列为设备名。,目录,Linux文件操作 Linux文件系统 devfs设备文件系统 udev设备文件系统,传统方式,int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);major是为设备驱动程序向系统申请的主设备号。某些主设备号已经静态地指派给了大部分常见设备。在内核源代码树的Documentation/device.txt文件中可以找到这些设备的列表。由于许多编号已经分配了，为新设备选择一个唯一的编号是很困难的，如果为0则系统为此设备动态地分配一个主设备号。name是设备名(将出现在/proc/devices)，和/dev/下的设备名要一致。返回值： 此函数返回0表示成功。返回-EINVAL表示申请的主设备号非法，一般来说是主设备号大于系统所允许的最大设备号。返回 -EBUSY表示所申请的主设备号正在被其它设备驱动程序使用。如果是动态分配主设备号成功，此函数将返回所分配的主设备号。,传统方式,如果 register_chrdev操作成功，设备名就会出现在/proc/devices文件里。在成功地向系统注册了设备驱动程序后(调用register_chrdev() 成功后)，就可以用mknod命令来把设备映射为一个特别文件，其它程序使用这个设备的时候，只要对此特别文件进行操作就行了。动态分配的缺点是：由于分配给你的主设备号不能保证总是一样的，因而你无法用mknod命令事先创建设备节点（即设备文件 ），如何解决？unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name);,传统方式,如果开发人员不打算将设备驱动程序与外界共享，那么什么号码都可以，只要它与当前内核使用的其它主设备号都不冲突即可。然而，这样的解决方案通常只是在驱动程序不会被其它人使用的情况下可行。如果开发人员想让驱动程序与外界共享（大多数 Linux 开发人员常常采用这一方法），那么仅仅从“真空”中抽一个主设备号或者使用动态的主设备号分配就不行了。相反，开发人员必须联系 Linux 内核开发人员，这样这个设备才能分配一个“正式”主设备号。,传统方式,不幸的是，这种方法有很多可伸缩性问题。不仅设备驱动程序开发人员联系内核开发人员来获取正式主设备号是一件讨厌的事，内核开发人员弄清他们怎样分配所有这些主设备号甚至更加恼人。这种任务在很多方面很象系统管理员跟踪公司局域网静态 IP 地址分配的工作 这并不十分有趣。正如系统管理员可以利用 DHCP 来缓解这种管理负担，如果设备注册有某种类似的方法就好了。另一方面，典型的 Linux 系统以一种不太理想而且麻烦的方式管理这些特殊的设备文件。 如今，Linux 支持很多不同种类的硬件。这意味着严格意义上我们中绝大多数在 /dev 中都有数百个特殊文件来表示所有这些设备。还不止这样，这些特殊文件中大多数甚至不会映射到系统中存在的设备上（但需要它们存在，只是考虑到我们最终会在系统中添加新的硬件驱动器），这让事情变得更令人困惑。从这个方面来看，我们就知道 /dev 需要彻底检修 。,Devfs设备文件系统,Devfs，也叫设备文件系统（Device Filesystem），设计它的唯一目的就是提供一个新的（更理性的）方式管理通常位于 /dev 的所有块设备和字符设备。 使用Devfs需要在内核添加对的 devfs 支持 。（配置内核）。devfs 文件系统是安装在 /dev 中，/dev 包含了 devfs 名称空间的表达。使用 devfs，可以只要查看 /dev 就知道系统上有什么设备。,Devfs设备文件系统,驱动程序调用下面的函数来进行设备文件的创建和删除工作：,Devfs设备文件系统,devfs_register 函数说明:功能：向系统注册设备。dir :新创建的设备文件的父目录，一般设为NULL, 表示父目录为/dev。如果需要创建一个自己的目录，那么驱动程序应该调用devfs_mk_dir（）。Name ：设备名称。Flags ：Devfs标志的位掩码。如果指定为DEVFS_FL_AUTO_DEVNUM，自动为设备分配设备号。则主次设备号就不再有用了，可以都为0。Major： 主设备号。Minor： 次设备号。 Mode ：设备的访问模式，和文件的访问模式类似。Ops ：设备的文件操作数据结构指针。Info ：filp-private_data的默认值，一般设为NULL。用devfs_register注册的设备会自动创建/dev/下的设备文件，而用register_chrdev注册的设备则需要用户手工mknod创建设备文件。,Devfs设备文件系统,Devfs_mk_dir函数说明：功能：在/dev下创建新的设备目录 Dir：值为NULLName：设备目录名Info：值为NULL,Devfs设备文件系统,举例： devfs_gpf_dir = devfs_mk_dir(NULL, gpf, NULL); devfs_gpf_raw = devfs_register(devfs_gpf_dir, key, DEVFS_FL_AUTO_DEVNUM, 0, 0, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR, 分析： 这样就会在/dev下建立一个/gpf/key的设备文件，相当于手动创建 mknod 文件路径 c 主设备号 从设备号,目录,Linux文件操作 Linux文件系统 devfs设备文件系统 udev设备文件系统,Udev与Devfs的区别,在Linux2.6内核中，udev取代了devfs，原因如下：Devfs所做的工作被确信可以在用户态完成一些bug相当长的时间内未被修复Devfs的维护者和作者停止了对代码的维护工作Udev完全在用户态工作，利用设备加入或移除时内核所发送的热插拔事件来工作。由于udev根据系统中硬件设备的状态动态更新设备文件，进行设备文件的创建和删除等，因此，在使用udev后，/dev目录下就会只包含系统中真正存在的设备。Devfs与udev的另一个显著区别在于：采用devfs，当一个并不存在的/dev节点被打开的时候，devfs能自动加载对应的驱动，而udev则不能。,Sysfs文件系统与Linux设备模型,Sysfs文件系统Linux2.6引入了sysfs文件系统，它是一个虚拟的文件系统，它可以产生一个包括所有系统硬件的层级视图，与提供进程和状态信息的proc文件系统十分类似。Sysfs把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级的文件，它们可以由用户空间存取，向用户空间导出内核数据结构及它们的树型。Sysfs的一个目的就是展示设备驱动模型中各组件的层次关系。,Sysfs文件系统与Linux设备模型,Kobject内核对象kobject是Linux2.6引入的设备管理机制，在内核中由kobject结构体表示，这个数据结构使所有设备在底层都具有统一的接口。每个在内核中注册的kobject对象都对应于sysfs文件系统中的一个目录。Void kobject_init(struct kobject *kobj)Int kobject_set_name(struct kobject *kobj,const char*format,)Struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)Void kobject_put(struct kobject *kobj)Int kobject_register(struct kobject *kobj)Void kobject_del(sturct kobject *kobj)Void kobject_unregister(struct kobject *kobj),Sysfs文件系统与Linux设备模型,Kset内核对象Kobject通常通过kset组织成层次化的结构，kset是具有相同类型的kobject的集合，在内核中用kset数据结构表示。包含在kset中的所有kobject被组织成一个双向循环链表。,Sysfs文件系统与Linux设备模型,Subsystem内核对象子系统Subsystem是一系列kset的集合，它描述系统中某一类设备子系统。Linux设备模型组件系统中的任一是设备在设备模型中都有一个deivce对象描述。属性在bus、device、driver和class层次上都分别定义了其属性结构体，包括bus_attribute、driver_attribute、class_attribute、class_device_attribute,Udev的组成,Udev的设计目标：在用户空间中执行动态建立/删除设备文件允许每个都不用关心主/次设备号提供LSB标准名称如果需要，可提供固定的名称,Udev的组成,Udev的工作过程当内存检测到在系统中出现了新设备后，内核会在sysfs文件系统中为该新设备生成新的记录并导出一些设备特定的信息及所发生的事情Udev获取内核导出的信息，它调用namedev决定应该给该设备指定的名称。,Udev的组成,在namedev中使用5个步骤来决定指定设备的命名标签/序号设备总线号总线上的拓扑替换名称内核提供的名称,Udev规则文件,Udev规则文件以行为单位，以“#”开头的行代表注释行。其余的每一行代表一个规则。每个规则分成一个或多个匹配和赋值部分。匹配部分用匹配专用的关键字来表示，相应的赋值部分用赋值专用的关键字来表示。匹配关键字包括：ACTION、KERNEL、BUS、SYSFS、SUBSYSTEM等。赋值关键字包括：NAME、SYMLINK、OWNER、GROUP、IMPORT等。,创建和配置udev,Udev包括udev、udevcontrol、udevd、