Linux字符设备中的两个重要结构体（file、inode}【转】
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对于Linux系统中，一般字符设备和驱动之间的函数调用关系如下图所示
上图描述了用户空间应用程序通过系统调用来调用程序的过程。一般而言在驱动程序的设计中，会关系 struct file 和 struct inode 这两个结构体。
用户空间使用open()系统调用函数打开一个字符设备时（ int fd = open("dev/demo", O_RDWR) ）大致有以下过程：
1.在虚拟文件系统VFS中的查找对应与字符设备对应 struct inode节点
2.遍历字符设备列表（chardevs数组），根据inod节点中的 cdev_t设备号找到cdev对象
3.创建struct file对象（系统采用一个数组来管理一个进程中的多个被打开的设备，每个文件描述符作为数组下标标识了一个设备对象）
4.初始化struct file对象，将 struct file对象中的 file_operations成员指向 struct cdev对象中的 file_operations成员（file->fops = cdev->fops）
5.回调file->fops->open函数
1.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。它是Linux 管理文件系统的最基本单位，也是文件系统连接任何子目录、文件的桥梁。
内核使用inode结构体在内核内部表示一个文件。因此，它与表示一个已经打开的文件描述符的结构体(即file 文件结构)是不同的，我们可以使用多个file 文件结构表示同一个文件的多个文件描述符，但此时，所有的这些file文件结构全部都必须只能指向一个inode结构体。
inode结构体包含了一大堆文件相关的信息，但是就针对驱动代码来说，我们只要关心其中的两个域即可：
- dev_t i_rdev; 表示设备文件的结点，这个域实际上包含了设备号。
- struct cdev *i_cdev; struct cdev是内核的一个内部结构，它是用来表示字符设备的，当inode结点指向一个字符设备文件时，此域为一个指向inode结构的指针。
inode结构体inode的相关操作函数：
/* 内核函数从inode中提取设备号 */ /* 提取主设备号 */ static inline unsigned imajor(const struct inode *inode) { return MAJOR(inode->i_rdev); } /* 提取次设备号 */ static inline unsigned iminor(const struct inode *inode) { return MINOR(inode->i_rdev); }
2.file文件结构体
在设备驱动中，这也是个非常重要的数据结构，必须要注意一点，这里的file与用户空间程序中的FILE指针是不同的，用户空间FILE是定义在C库中，从来不会出现在内核中。而struct file，却是内核当中的数据结构，因此，它也不会出现在用户层程序中。
file结构体指示一个已经打开的文件（设备对应于设备文件），其实系统中的每个打开的文件在内核空间都有一个相应的struct file结构体，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，直至文件被关闭。如果文件被关闭，内核就会释放相应的数据结构。
在内核源码中，struct file要么表示为file，或者为filp(意指“file pointer”), 注意区分一点，file指的是struct file本身，而filp是指向这个结构体的指针。
下面是几个重要成员：
1、fmode_t f_mode;
此文件模式通过 FMODE_READ , FMODE_WRITE 识别了文件为可读的，可写的，或者是二者。在open或ioctl函数中可能需要检查此域以确认文件的读/写权限，你不必直接去检测读或写权限，因为在进行octl等操作时内核本身就需要对其权限进行检测。
2、 loff_t f_pos;
当前读写文件的位置。为64位。如果想知道当前文件当前位置在哪，驱动可以读取这个值而不会改变其位置。对read,write来说，当其接收到一个loff_t型指针作为其最后一个参数时，他们的读写操作便作更新文件的位置，而不需要直接执行filp ->f_pos操作。
3、unsigned int f_flags;
文件标志，如 O_RDONLY , O_NONBLOCK 以及 O_SYNC 。在驱动中还可以检查O_NONBLOCK标志查看是否有非阻塞请求。其它的标志较少使用。特别地注意的是，读写权限的检查是使用f_mode而不是f_flog。所有的标量定义在头文件中
4、struct file_operations *f_op;
与文件相关的各种操作。当文件需要迅速进行各种操作时，内核分配这个指针作为它实现文件打开，读，写等功能的一部分。filp->f_op 其值从未被内核保存作为下次的引用，即你可以改变与文件相关的各种操作，这种方式效率非常高。
file_operation 结构体解析如下：Linux字符设备驱动file_operations
5、 void *private_data;
在驱动调用open方法之前，open系统调用设置此指针为NULL值。你可以很自由的将其做为你自己需要的一些数据域或者不管它，如，你可以将其指向一个分配好的数据，但是你必须记得在file struct被内核销毁之前在release方法中释放这些数据的内存空间。private_data用于在系统调用期间保存各种状态信息是非常有用的。
3.chardevs数组
前面对用户层open()的分析提到，通过数据结构 struct inode{...} 中的 i_cdev 成员可以找到cdev，而所有的字符设备都在 chrdevs 数组中，chrdevs具体是什么样的呢
下面先看一下 chrdevs 的定义：
#define CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 255 static DEFINE_MUTEX(chrdevs_lock); static struct char_device_struct { struct char_device_struct *next; // 结构体指针 unsigned int major; // 主设备号 unsigned int baseminor; // 次设备起始号 int minorct; // 次备号个数 char name[64]; struct cdev *cdev; /* will die */ } *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];// 只能挂255个字符主设备<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; rgb(255, 255, 255);"> </span>
