3. fileinode结构体及chardevs数组等相关知识解析

Posted 2020-11-20 ocean-star

https://blog.csdn.net/zqixiao_09/article/details/50850004
下图描述了Linux中虚拟文件系统，一般的设备文件与设备驱动程序间的函数调用关系

上图展现了一个应用程序调用字符设备驱动的过程，在设备驱动程序的设计中，一般而言，会关系file和inode这两个结构体。
用户空间使用open()函数打开一个字符设备fd = open("/dev/hello", o_READ);这一函数会调用两个数据结构struct inode{}&struct file{}.二者均在虚拟文件系统VFS处，下面对这两个数据结构进行解析：
1、file文件结构体
（1）在设备驱动中，这是非常重要的数据结构
（2）这里的file与用户空间出现中的FILE指针式不同的，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，确是内核中的数据结构，因此，它也不会出现在用户层程序中。
（3）file结构体指示一个已经打开的文件（设备对应设备文件），其实系统中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程操作的任何函数，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。
（4）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
a -- 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。
b -- 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。而llseek方法的目的就是用于改变文件的位置。
c -- 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
d -- 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。

e -- 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。

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