?? ch03s03.html
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<title>3.3. 一些重要數據結構-Linux設備驅動第三版（中文版）-開發頻道-華星在線</title>
<meta name="description" content="驅動開發-開發頻道-華星在線" />
<meta name="keywords" content="Linux設備驅動,中文版,第三版,ldd,linux device driver,驅動開發,電子版,程序設計,軟件開發,開發頻道" />
<meta name="author" content="華星在線 www.21cstar.com QQ:610061171" />
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<link rel="start" href="index.html" title="Linux 設備驅動 Edition 3">
<link rel="up" href="ch03.html" title="第 3 章 字符驅動">
<link rel="prev" href="ch03s02.html" title="3.2. 主次編號">
<link rel="next" href="ch03s04.html" title="3.4. 字符設備注冊">
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<tr><th colspan="3" align="center">3.3. 一些重要數據結構</th></tr>
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<th width="60%" align="center">第 3 章 字符驅動</th>
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<div class="sect1" lang="zh-cn">
<div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both">
<a name="SomeImportantDataStructures.sect"></a>3.3. 一些重要數據結構</h2></div></div></div>
<p>如同你想象的, 注冊設備編號僅僅是驅動代碼必須進行的諸多任務中的第一個. 我們將很快看到其他重要的驅動組件, 但首先需要涉及一個別的. 大部分的基礎性的驅動操作包括 3 個重要的內核數據結構, 稱為 file_operations, file, 和 inode. 需要對這些結構的基本了解才能夠做大量感興趣的事情, 因此我們現在在進入如何實現基礎性驅動操作的細節之前, 會快速查看每一個.</p>
<div class="sect2" lang="zh-cn">
<div class="titlepage"><div><div><h3 class="title">
<a name="FileOperation.sect"></a>3.3.1. 文件操作</h3></div></div></div>
<p>到現在, 我們已經保留了一些設備編號給我們使用, 但是我們還沒有連接任何我們設備操作到這些編號上. file_operation 結構是一個字符驅動如何建立這個連接. 這個結構, 定義在 <linux/fs.h>, 是一個函數指針的集合. 每個打開文件(內部用一個 file 結構來代表, 稍后我們會查看)與它自身的函數集合相關連( 通過包含一個稱為 f_op 的成員, 它指向一個 file_operations 結構). 這些操作大部分負責實現系統調用, 因此, 命名為 open, read, 等等. 我們可以認為文件是一個"對象"并且其上的函數操作稱為它的"方法", 使用面向對象編程的術語來表示一個對象聲明的用來操作對象的動作. 這是我們在 Linux 內核中看到的第一個面向對象編程的現象, 后續章中我們會看到更多.</p>
<p>傳統上, 一個 file_operation 結構或者其一個指針稱為 fops( 或者它的一些變體). 結構中的每個成員必須指向驅動中的函數, 這些函數實現一個特別的操作, 或者對于不支持的操作留置為 NULL. 當指定為 NULL 指針時內核的確切的行為是每個函數不同的, 如同本節后面的列表所示.</p>
<p>下面的列表介紹了一個應用程序能夠在設備上調用的所有操作. 我們已經試圖保持列表簡短, 這樣它可作為一個參考, 只是總結每個操作和在 NULL 指針使用時的缺省內核行為.</p>
<p>在你通讀 file_operations 方法的列表時, 你會注意到不少參數包含字串 __user. 這種注解是一種文檔形式, 注意, 一個指針是一個不能被直接解引用的用戶空間地址. 對于正常的編譯, __user 沒有效果, 但是它可被外部檢查軟件使用來找出對用戶空間地址的錯誤使用.</p>
<p>本章剩下的部分, 在描述一些其他重要數據結構后, 解釋了最重要操作的角色并且給了提示, 告誡和真實代碼例子. 我們推遲討論更復雜的操作到后面章節, 因為我們還不準備深入如內存管理, 阻塞操作, 和異步通知.</p>
<div class="variablelist"><dl>
<dt><span class="term"><span>struct module *owner</span></span></dt>
<dd><p>第一個 file_operations 成員根本不是一個操作; 它是一個指向擁有這個結構的模塊的指針. 這個成員用來在它的操作還在被使用時阻止模塊被卸載. 幾乎所有時間中, 它被簡單初始化為 THIS_MODULE, 一個在 <linux/module.h> 中定義的宏.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);</span></span></dt>
<dd><p>llseek 方法用作改變文件中的當前讀/寫位置, 并且新位置作為(正的)返回值. loff_t 參數是一個"long offset", 并且就算在 32位平臺上也至少 64 位寬. 錯誤由一個負返回值指示. 如果這個函數指針是 NULL, seek 調用會以潛在地無法預知的方式修改 file 結構中的位置計數器( 在"file 結構" 一節中描述).</p></dd>
<dt><span class="term"><span>ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);</span></span></dt>
<dd><p>用來從設備中獲取數據. 在這個位置的一個空指針導致 read 系統調用以 -EINVAL("Invalid argument") 失敗. 一個非負返回值代表了成功讀取的字節數( 返回值是一個 "signed size" 類型, 常常是目標平臺本地的整數類型).</p></dd>
<dt><span class="term"><span>ssize_t (*aio_read)(struct kiocb *, char __user *, size_t, loff_t);</span></span></dt>
<dd><p>初始化一個異步讀 -- 可能在函數返回前不結束的讀操作. 如果這個方法是 NULL, 所有的操作會由 read 代替進行(同步地).</p></dd>
<dt><span class="term"><span>ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);</span></span></dt>
<dd><p>發送數據給設備. 如果 NULL, -EINVAL 返回給調用 write 系統調用的程序. 如果非負, 返回值代表成功寫的字節數.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>ssize_t (*aio_write)(struct kiocb *, const char __user *, size_t, loff_t *);</span></span></dt>
<dd><p>初始化設備上的一個異步寫.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);</span></span></dt>
<dd><p>對于設備文件這個成員應當為 NULL; 它用來讀取目錄, 并且僅對文件系統有用.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);</span></span></dt>
<dd><p>poll 方法是 3 個系統調用的后端: poll, epoll, 和 select, 都用作查詢對一個或多個文件描述符的讀或寫是否會阻塞. poll 方法應當返回一個位掩碼指示是否非阻塞的讀或寫是可能的, 并且, 可能地, 提供給內核信息用來使調用進程睡眠直到 I/O 變為可能. 如果一個驅動的 poll 方法為 NULL, 設備假定為不阻塞地可讀可寫.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);</span></span></dt>
<dd><p>ioctl 系統調用提供了發出設備特定命令的方法(例如格式化軟盤的一個磁道, 這不是讀也不是寫). 另外, 幾個 ioctl 命令被內核識別而不必引用 fops 表. 如果設備不提供 ioctl 方法, 對于任何未事先定義的請求(-ENOTTY, "設備無這樣的 ioctl"), 系統調用返回一個錯誤. </p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);</span></span></dt>
<dd><p>mmap 用來請求將設備內存映射到進程的地址空間. 如果這個方法是 NULL, mmap 系統調用返回 -ENODEV.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*open) (struct inode *, struct file *);</span></span></dt>
<dd><p>盡管這常常是對設備文件進行的第一個操作, 不要求驅動聲明一個對應的方法. 如果這個項是 NULL, 設備打開一直成功, 但是你的驅動不會得到通知.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*flush) (struct file *);</span></span></dt>
<dd><p>flush 操作在進程關閉它的設備文件描述符的拷貝時調用; 它應當執行(并且等待)設備的任何未完成的操作. 這個必須不要和用戶查詢請求的 fsync 操作混淆了. 當前, flush 在很少驅動中使用; SCSI 磁帶驅動使用它, 例如, 為確保所有寫的數據在設備關閉前寫到磁帶上. 如果 flush 為 NULL, 內核簡單地忽略用戶應用程序的請求.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*release) (struct inode *, struct file *);</span></span></dt>
<dd><p>在文件結構被釋放時引用這個操作. 如同 open, release 可以為 NULL.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int);</span></span></dt>
<dd><p>這個方法是 fsync 系統調用的后端, 用戶調用來刷新任何掛著的數據. 如果這個指針是 NULL, 系統調用返回 -EINVAL.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*aio_fsync)(struct kiocb *, int);</span></span></dt>
<dd><p>這是 fsync 方法的異步版本.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*fasync) (int, struct file *, int);</span></span></dt>
<dd><p>這個操作用來通知設備它的 FASYNC 標志的改變. 異步通知是一個高級的主題, 在第 6 章中描述. 這個成員可以是NULL 如果驅動不支持異步通知.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);</span></span></dt>
<dd><p>lock 方法用來實現文件加鎖; 加鎖對常規文件是必不可少的特性, 但是設備驅動幾乎從不實現它.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);</span></span></dt>
<dd></dd>
<dt><span class="term"><span>ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);</span></span></dt>
<dd><p>這些方法實現發散/匯聚讀和寫操作. 應用程序偶爾需要做一個包含多個內存區的單個讀或寫操作; 這些系統調用允許它們這樣做而不必對數據進行額外拷貝. 如果這些函數指針為 NULL, read 和 write 方法被調用( 可能多于一次 ).</p></dd>
<dt><span class="term"><span>ssize_t (*sendfile)(struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);</span></span></dt>
<dd><p>這個方法實現 sendfile 系統調用的讀, 使用最少的拷貝從一個文件描述符搬移數據到另一個. 例如, 它被一個需要發送文件內容到一個網絡連接的 web 服務器使用. 設備驅動常常使 sendfile 為 NULL.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);</span></span></dt>
<dd><p>sendpage 是 sendfile 的另一半; 它由內核調用來發送數據, 一次一頁, 到對應的文件. 設備驅動實際上不實現 sendpage.</p></dd>
<dt><span class="term"><span>unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);</span></span></dt>
<dd><p>這個方法的目的是在進程的地址空間找一個合適的位置來映射在底層設備上的內存段中. 這個任務通常由內存管理代碼進行; 這個方法存在為了使驅動能強制特殊設備可能有的任何的對齊請求. 大部分驅動可以置這個方法為 NULL.<sup>[<a name="id415066" href="#ftn.id415066">10</a>]</sup></p></dd>
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