Linux驱动编程 step-by-step （五）主要的文件操作方法实现

主要的文件操作方法实现

文件操作函数有很多的操作接口，驱动编程需要实现这些接口，在用户编程时候系统调用时候会调用到这些操作

[cpp] view
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struct file_operations {

...

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 *);

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

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

...

};

以上只列出了主要的操作，下面会依次介绍:

本次的测试代码上传在：char_step2

结构体：

首先 我们会模拟写一个不操作任何设备，而仅仅是存储的一个驱动。

定义自己的一个结构体为：

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struct simple_dev{

char data[MAX_SIMPLE_LEN];

loff_t count;

struct semaphore semp;

};

data 保存数据， count表示文件的数据有效的位置， semp是一个信号量锁，在以后的编程中使用，

之后的程序中结构体也会做相应的变化，以适应linux编写驱动的习惯

open方法：

打开设备并进一步初始化工作，在没有定义open方法时内核以一种默认的方式打开设备，保证每次都能正确打开。

open方法中有有struct inode参数，包含了设备号，程序中可以使用次设备号得到正操作的设备

在struct file中主要的操作是private_data指针，他可以传递任何自己创建的结构。

总得说来open方法的作用有3

1、获得操作的设备（通过设备号）

2、进一步的初始化设备

3、初始化file结构体的private_data

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static int simple_open(struct inode *inodp, struct file *filp)

{

struct simple_dev *temp_dev = NULL;

int minor = 0;

#if SIMPLE_DEBUG

printk(KERN_INFO "In %s \n", __func__);

#endif

minor = iminor(inodp);//获得操作的设备的次设备号

if(minor > DEV_COUNT-1){

printk(KERN_ERR "the char dev in invalid \n");

return -ENODEV;

}

#if SIMPLE_DEBUG

printk(KERN_INFO "the minor is %d \n", minor);

#endif

temp_dev = &char2_dev[minor];//获得真正操作的设备

/* 进一步 初始化设备 因为是操作一个模拟的设备 故省去*/

filp->private_data = temp_dev; //初始化 private_data

return 0;

}

release方法：

主要是对open进一步初始化的操作的反操作

比如open时候分配了内存，在release时就需要释放它等

例子中因为操作内存设备，故在release时无需做什么事

read方法：

read 是把设备中的数据传递给调用者

主要步骤

1、检测偏移量有效（有些设备驱动不需要检测）

2、检测用户空间地址有效

3、将数据传给用户（在此步骤中调用的函数可能会自己检测步骤2）

4、调整偏移量

5、返回读到的数据长度

（read write 用法相对灵活，不要依赖上边的步骤,设备驱动程序要根据设备特性去设计此方法）

这里先介绍一个会检测用户空间地址是否有效的copy函数

用户调用read读设备，而在内核空间就是将数据传给用户，是一个to的操作

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

__must_check表述必须检测其返回值，操作成功返回0，不成功返回负的错误码

to是用户空间指针 也就是read函数传入的用户空间的指针，

from指向设备要传送的数据

n标识传入长度



上图是 摘自LDD3上的经典视图， 应该比较能说明read的方法

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static ssize_t simple_read(struct file *filp, char __user *userstr, size_t count, loff_t *loff)

{

struct simple_dev *dev = NULL;

int data_remain = 0;

int err;

#if SIMPLE_DEBUG

printk(KERN_INFO "In %s \n", __func__);

#endif

dev = filp->private_data;

data_remain = dev->count - *loff;

if(MAX_SIMPLE_LEN < *loff)//检测偏移量

{

printk(KERN_ERR "the offset is illegal in func %s \n",__func__ );

return -EINVAL;

}

else if(data_remain <= 0)

{

printk(KERN_WARNING "there was not much data in the device\n");

return 0;

}

else

{

if(count > data_remain)

{

#if SIMPLE_DEBUG

printk(KERN_INFO "the data is less than the user want to read\n");

#endif

count = data_remain;

}

else

{

}

}

err = copy_to_user(userstr, (dev->data)+(*loff), count); //调用内核函数进行数据拷贝，它会检测用户地址是否有效

if(err != 0)

{

printk(KERN_ERR "an error occured when copy data to user\n");

return err;

}

else

{

#if SIMPLE_DEBUG

printk(KERN_INFO "data copy to user OK\n");

#endif

*loff = *loff + count; //调整偏移量

return count; //返回写入的数据量

}

}

write方法：

与read类似 它是从用户传数据给设备驱动

从内核空间看就是一个从用户空间取数据 是一个from操作

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long __must_check strncpy_from_user(char *dst, const char __user *src, long count)

dst 驱动保存数据的地址

src 用户空间传入的数据

count 标识数据长度

[cpp] view
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static ssize_t simple_write(struct file *filp, const char __user *userstr, size_t count, loff_t *loff)

{

struct simple_dev *dev = NULL;

int err;

int remain_space = 0;

#if SIMPLE_DEBUG

printk(KERN_INFO "In %s\n",__func__);

#endif

dev = filp->private_data;

if(MAX_SIMPLE_LEN <= *loff) //检测偏移量

{

printk(KERN_ERR "the offset is illegal in func %s\n", __func__);

return -EINVAL;

}

else

{

remain_space = MAX_SIMPLE_LEN - *loff;

if(count > remain_space)

{

#if SIMPLE_DEBUG

printk(KERN_WARNING "the data is to long to write to the device\n");

#endif

count = remain_space;

}

else

{

}

}

err = copy_from_user((dev->data)+(*loff),userstr,count);//取得数据

if(err != 0)

{

printk(KERN_ERR "an error occured when copy data from user\n");

return err;

}

else

{

#if SIMPLE_DEBUG

printk(KERN_INFO "data copy from user OK\n");

#endif

*loff = *loff + count; //跳着偏移

if(*loff > dev->count)

{

dev->count = *loff;

}

else

{

}

return count; //返回写入的数据量

}

}

lseek方法：

根据用户传入的参数调整文件偏移

mode

SEEK_SET	从文件起始处开始偏移
SEEK_CUR	从文件当前位置计算偏移
SEEK_END	从文件末尾计算偏移

file结构的f_pos保存了文件的偏移量

在调整文件偏移后需要 更新file中得f_pos成员

[cpp] view
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static loff_t simple_llseek(struct file *filp, loff_t loff, int mode)

{

struct simple_dev *dev = NULL;

loff_t tmp_len;

#if SIMPLE_DEBUG

printk(KERN_INFO "In %s\n",__func__);

#endif

dev = filp->private_data;

switch ( mode )

{

case SEEK_SET:

if( loff < 0 )

{

printk(KERN_ERR "can't move above file line %d \n", __LINE__);

return -1;

}

else if(loff > dev->count)

{

printk(KERN_ERR "offset is too long line %d\n", __LINE__);

return -1;

}

else

{

filp->f_pos = loff;

}

break;

case SEEK_CUR:

if((tmp_len = filp->f_pos+loff) < 0)

{

printk(KERN_ERR "can't move above file line %d \n", __LINE__);

return -1;

}

else if(tmp_len > dev->count)

{

printk(KERN_ERR "offset is too long line %d\n", __LINE__);

return -1;

}

else

{

filp->f_pos = tmp_len;

}

break;

case SEEK_END:

if((tmp_len = dev->count+loff ) < 0)

{

printk(KERN_ERR "can't move above file line %d \n", __LINE__);

return -1;

}

else if(tmp_len > dev->count)

{

printk(KERN_ERR "offset is too long line %d\n", __LINE__);

return -1;

}

else

{

filp->f_pos = tmp_len;

}

break;

default :

printk(KERN_INFO "illigal lseek mode! \n");

return -1;

break;

}

return filp->f_pos;

}