驱动中重要的三个结构体介绍：struct inodestruct filestruct file_operations

Posted 2022-05-04 正在起飞的蜗牛

1、struct inode结构体

struct inode 
	······
	struct hlist_node	i_hash;
	struct list_head	i_list;		/* backing dev IO list */
	struct list_head	i_sb_list;

	//主次设备号
	dev_t			i_rdev;

	struct list_head	i_devices;
	//用联合体是因为该文件可能是块设备文件或者字符设备文件
	union 
		struct pipe_inode_info	*i_pipe;	//管道文件
		struct block_device	*i_bdev;	//块设备文件
		struct cdev		*i_cdev;	//字符设备文件
	;
	
	//私有数据
	void			*i_private; /* fs or device private pointer */
;

struct inode结构体是用来表示一个静态文件的，每个文件都会对应唯一的struct inode结构体，结构体里描述了文件的详细信息。

2、struct file结构体

struct file 
	union 
		struct list_head	fu_list;
		struct rcu_head 	fu_rcuhead;
	 f_u;
  ······
  
	const struct file_operations	*f_op;	//该文件对应的操作方法
	
	unsigned int 		f_flags;	
	fmode_t			f_mode;	//打开文件的权限，比如：只读打开、只写打开、读写打开
	loff_t			f_pos;	//文件指针的偏移量
	
	/* needed for tty driver, and maybe others */
	void			*private_data;	//私有数据
;

struct file结构体 用来表示一个动态的设备，每当open打开一个文件时就会产生一个struct file结构体 与之对应。

3、struct file_operations结构体

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 *);
	int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
	long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
;

struct file_operations结构体是用来描述设备的操作方法的。在linux中一切皆是文件，不管是普通文件还是设备驱动文件上层应用都是用同一的open、read函数去操作。每一个struct file结构体 中都保存了一个struct file_operations结构体，虽然上层应用都是调用的read函数，但是在内部实际通过函数指针调用了不同的read函数。

4、struct cdev结构体

struct cdev 
	struct kobject kobj;
	struct module *owner;
	const struct file_operations *ops; //设备的操作方法
	struct list_head list;
	dev_t dev;	//主次设备号
	unsigned int count;	//引用计数
;

struct cdev结构体是用来描述一个字符设备的，每个字符设备都对应一个struct cdev结构体。

5、结构体之间的关联

5.1、struct inode结构体和struct file结构体

(1)struct inode结构体和struct file结构体 都是用来描述文件信息的，struct inode结构体是描述静态的文件，struct file结构体描述动态的文件(也就是打开的文件)；
(2)每个文件只有唯一的struct inode结构体，但是可以有多个struct file结构体，文件每被打开一次就多一个 struct file结构体 ；

5.2、struct file_operations结构体和struct cdev结构体

(1)struct file_operations结构体描述设备的操作方法，struct cdev结构体描述字符设备全部的信息；
(2)struct cdev结构体包含struct file_operations结构体，在注册驱动时需要将struct file_operations结构体指针赋值给struct cdev结构体；

5.3、struct inode结构体和struct cdev结构体

(1)上层应用访问设备驱动是通过设备节点，设备节点就是一个文件，在创建设备节点时需要指明主次设备号，主次设备号就会保存在设备节点对应的 struct inode结构体的i_rdev变量中；
(2)在向内核注册字符设备驱动时就是将对应的struct cdev结构体注册到chrdevs全局变量中，其中struct cdev结构体就保存了主次设备号；
(3)struct inode结构体的联合体中有struct cdev结构体指针，将来找到对应的struct cdev结构体会对该指针赋值；
(4)联系：在用open打开设备节点时从struct inode结构体中获取初次设备号，然后用这个主次设备号去chrdevs全局变量中找到对应的struct cdev结构体。
总结：依靠主次设备号联系起来。