open 如何适用于普通文件和设备驱动程序

Posted 2023-02-23

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【中文标题】open 如何适用于普通文件和设备驱动程序【英文标题】：how does open works for normal file and device drivers 【发布时间】：2013-01-08 05:08:57 【问题描述】：

目前，我正在学习 Linux 设备驱动程序。并且对打开设备文件的工作方式感到困惑？

我到现在为止... 考虑一个打开普通文件的简单代码..

#incldue<stdio.h>
int main() 
   FILE fp;
   char buffer[20];
   fp = fopen(/home/yoggi/foo.txt, "r");
   fread(buffer, 5, 1, fp);

在上面的程序中，c库函数fopen()是系统调用open()的包装函数，实习生调用sys_open()或file_open() VFS 层 功能。由于 linux 支持许多文件系统，虚拟文件系统然后将控制权转移到实际文件系统处理程序以打开该文件。

1) How does virtual file system(VFS) get to know on which file system the 
   underline file resides?
2) How does it then calls the file_open or open function of that particular
   filesystem to open file.

如果设备驱动程序发生类似的事情。假设一个简单的设备驱动程序。

#include <linux/module.h>
// othher includes... 
static dev_t first; // Global variable for the first device number 
static struct cdev c_dev; // Global variable for the character device structure
static struct class *cl; // Global variable for the device class
static int my_open(struct inode *i, struct file *f)

   printk(KERN_INFO "Driver: open()\n");
   return 0;
 
static ssize_t my_read(struct file *f, char __user *buf, size_t len, loff_t *off)

   printk(KERN_INFO "Driver: read()\n");
   return 0;

struct file_operations pugs_fops =

 .owner = THIS_MODULE,
 .open = my_open,
 .read = my_read,
;

static int __init ofcd_init(void) /* Constructor */

  printk(KERN_INFO "Namaskar: ofcd registered");
  if (alloc_chrdev_region(&first, 0, 1, "Shweta") < 0)
  
    return -1;
  
  if ((cl = class_create(THIS_MODULE, "chardrv")) == NULL)
  
     unregister_chrdev_region(first, 1);
     return -1;
 
 if (device_create(cl, NULL, first, NULL, "mynull") == NULL)
 
    class_destroy(cl);
    unregister_chrdev_region(first, 1);
    return -1;
 
   cdev_init(&c_dev, &pugs_fops);
 if (cdev_add(&c_dev, first, 1) == -1)
 
   device_destroy(cl, first);
   class_destroy(cl);
   unregister_chrdev_region(first, 1);
   return -1;
 
  return 0;


static void __exit ofcd_exit(void) /* Destructor */

 cdev_del(&c_dev);
 device_destroy(cl, first);
 class_destroy(cl);
 unregister_chrdev_region(first, 1);
 printk(KERN_INFO "Alvida: ofcd unregistered");
 
module_init(ofcd_init);
module_exit(ofcd_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Anil Kumar Pugalia <email_at_sarika-pugs_dot_com>");
MODULE_DESCRIPTION("Our First Character Driver");

首先我们为设备分配主要次要编号。注册设备文件的范围并将设备文件操作链接到设备驱动程序函数。

我没有得到的一些术语是..

1) What does actually cdev_add() do? in terms of registering a device to the 
   kernel.
2) Registering a device to the kernel means?
3) How does a open(/dev/mynull, O_RONLY); called on a device file actually calls 
   the open function of driver which is mapped while initializing the device 
   by calling routine cdev_init(&c_dev, &pugs_fops); ?

【问题讨论】：

【参考方案1】：

1) 虚拟文件系统（VFS）如何知道在哪个文件系统上下划线文件在哪里？

您必须通过完整路径名（或当前工作目录）指定要尝试打开的文件。所以通过向后遍历这个目录路径，第一个匹配（最深的路径）到一个挂载点将提供挂载的文件系统、文件系统的类型和设备。

每个文件系统在挂载时都会提供此信息并保存在挂载表中。您可以使用mount 命令查看此（当前状态）信息。

2) 然后它如何调用该特定文件的 file_open 或 open 函数文件系统来打开文件。

一旦知道文件系统，就会检索该 fs 的 ops 结构，并且可以调用 open() 入口点。

1) cdev_add() 实际上是做什么的？在将设备注册到内核。

驱动程序注册（例如，cdev_init() 用于 char 设备）安装驱动程序的 ops 结构，该结构列出了驱动程序可以执行的功能的入口点。cdev_add() 通知内核驱动程序可以控制特定的该 char 设备类型的实例。该设备实例被分配了一个次要编号，该次编号将/dev 中的设备名称与驱动程序中的状态信息相关联。请注意，除 char 之外的设备类型（如网络或平台（总线）设备）属于不同的子系统，并使用不同的注册过程。

2) 将设备注册到内核意味着什么？

现在已启用对该设备的访问。

3) 如何打开(/dev/mynull, O_RONLY);在设备文件上调用实际上调用初始化设备时映射的驱动程序的open函数通过调用例程 cdev_init(&c_dev, &pugs_fops); ?

驱动程序的init() 例程只应在驱动程序加载时调用一次。该例程应该探测设备所有实例的存在和操作状态。应获取中断线、DMA 通道和 I/O 端口和/或内存空间等资源。驱动程序向内核注册其ops 结构。驱动程序向内核注册设备的每个实例。

用户空间中的open() 调用由C 库处理。 /dev 设备名称被翻译成设备主设备号（它标识哪个设备子系统或类，例如 tty 或 audio，必须处理请求）和次设备号编号（标识要使用的设备驱动程序以及访问的设备实例）。处理器切换到超级用户模式，以便可以调用内核驱动程序的open() 例程，该例程从驱动程序的ops 结构中检索。有关ops 结构的更多信息，请参阅此other answer。

【讨论】：