06_应用层和内核层实现数据交互

应用层和内核层实现数据交互

Linux一切皆文件！

文件对应的操作有打开，关闭，读写

设备节点对应的操作有打开，关闭，读写

设备节点

​ 在 Linux 中， 所有设备都以文件的形式存放在/dev 目录下， 都是通过文件的方式进行访问， 设备节点是
Linux 内核对设备的抽象， 一个设备节点就是一个文件。 应用程序通过一组标准化的调用执行访问设备， 这
些调用独立于任何特定的驱动程序。 而驱动程序负责将这些标准调用映射到实际硬件的特有操作。

file_operations 结构体是访问驱动的函数， 它的里面的每个结构体成员都对应一个调用， 这个结构体里
面有很多的成员变量， 并且结构体中的成员函数是字符设备驱动程序设计的主体内容， 这些函数实际会在
应用程序进行 Linux 的 open（） 、 write（） 、 read（） 、 close（） 等系统调用时最终被内核调用。

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 *);
	unsigned int (*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 *);
	int (*mremap)(struct file *, struct vm_area_struct *);
	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 (*aio_fsync) (struct kiocb *, 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 (*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);
	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
};

1.如果我在应用层使用系统IO对设备节点进行打开，关闭，读写等操作会发生什么呢？

当我们在应用层read设备节点的时候，就会触发我们驱动里面read这个函数。

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

当我们在应用层write设备节点的时候，就会触发我们驱动里面write这个函数。

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

当我们在应用层poll/select的时候，就会触发我们驱动里面poll这个函数。

unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);

当我们在应用层ioctl的时候，就会触发我们驱动里面ioctl这个函数。

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

当我们在应用层open的时候，就会触发我们驱动里面open这个函数。

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

当我们在应用层close的时候，就会触发我们驱动里面release这个函数。

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

通过框图我们可以知道：

上层应用 设备节点 底层驱动

设备节点就是连接上层应用和底层驱动的桥梁

2 假如我们的file_operations 里面没有read，我们在应用层read设备节点的时候会发生什么？

什么也不会发生，也不会报错！

3 我们的应用层和内核层是不能直接进行数据传输的。

应用层向内核层传递数据:

头文件:

#include <linux/uaccess.h>

static inline long copy_from_user(void *to, const void __user * from, unsigned long n)

内核层向应用层传递数据:

static inline long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

实例

app.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    int fd;
    char buf[64] = {0};
    fd = open("/dev/hello_mise", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open error\n");
        return fd;
    }
    write(fd, buf, strlen(buf) + 1);
    read(fd, buf, sizeof(buf));
    printf("buf is %s\n", buf);
    close(fd);
    return 0;
}

file_operations.c

#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
#include<linux/miscdevice.h>
#include<linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>

int misc_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("hello misc_open\n");
    return 0;
}

int misc_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("hello mise_release bye bye\n");
    return 0;
}

ssize_t misc_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{
    char kbuf[64]="heheh";
    if(copy_to_user(ubuf, kbuf, strlen(kbuf)+1) != 0)
    {
        printk("copy_to_user error\n");
        return -1;
    }
    printk("hello misc_read bye bye\n");
    return 0;
}

ssize_t misc_write(struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{
    char kbuf[64]={0};
    if(copy_from_user(kbuf, ubuf, size) != 0)
    {
        printk("copy_from_user error\n");
        return -1;
    }
    printk("hello misc_write bye bye\n");
    return 0;
}

/* 文件操作集 */
struct file_operations misc_fops = {
    .owner = THIS_MODULE, //当前模块
    .open = misc_open,
    .release = misc_release,
    .write = misc_write,
    .read = misc_read,
};

/* 杂项设备结构体 */
struct miscdevice misc_dev = {
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //动态分配次设备号
    .name = "hello_mise", //设备节点的名字
    .fops = &misc_fops //文件操作集
    
};

static int mise_init(void)
{
    int ret;
    ret = misc_register(&misc_dev); //注册杂项设备
    if(ret < 0)
    {
        printk("misc register is error!\n");
        return -1;
    }
    printk("mise register is ok!\n");
    return 0;
}

static void mise_exit(void)
{
    misc_deregister(&misc_dev); //注销杂项设备
    printk("misc gooodbye!\n");
}

module_init(mise_init);
module_exit(mise_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

Makefile

obj-m+=file_operations.o
KDIR:=/home/mzx/imx6ull/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga 
PWD?=$(shell pwd)

all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules