用户空间访问字符设备的过程
2016-04-08 15:32
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在这里我分析应用程序如何访问字符设备,了解其整个过程,通过这个分析,对字符驱动的了解会提升很多。
用户访问字符设备的大概流程:
用户 --------->> VFS --------->> 设备驱动
用户空间--->linux系统调用---->间接调用cdev.file_operation的对应函数。
下面我们以用户指行open("/dev/leds", 0)来跟踪一下:用户open("/dev/leds", 0) ---> 软中断进入内核空间 ---> inode->cdev->file_operation->open(struct inode *, struct file *) ---> 返回用户空间
用户执行open,先写系统调用号和参数到寄存器,然后指行软中断指令,也就是所谓的系统调 用。内核读取字符设备文件/dev/leds,也就是读取文件的inode,同时创建一个file结构体来辅助对这个打开了的文件进行操作,inode的 对象是文件,代表一个文件,存放文件的相关信息。而file代表的是一个打开了的文件,内核打开文件时创建,传递给文件操作的所有函数。而主设备号对应设 备的驱动程序,次设备号对应该驱动所操作的一个设备,这样就确保使用了正确的驱动来操作对应的设备。内核通过inode找到cdev结构体,通过cdev 找到file_operation,最终找到并调用file_operation里面的open(struct inode *, struct file *),指行完毕后返回用户空间,通过约定的寄存器存放返回值,完成一次系统调用。
附录:
用户空间:
程序运行在用户空间,以普通权限运行,不能直接访问硬件或者内核空间,那么用户程序想要访问设备,就得通过系统调用来陷入内核空间访问设备。
系统调用:
linux中每个系统调用都赋予一个独一无二的系统调用号,用户程序指行系统调用的时候,就 是通过指明系统调用号,内核从不关心系统调用的名称。这个类似于进程的pid,用一个数字来标识一个系统调用。用户程序通过特定的寄存器来传递系统调用号 和参数,然后指行软中断,引发一个异常,系统切换到内核态指行异常处理程序(就是系统调用的那个函数),指行完毕,通过寄存器存放返回值,返回用户空间, 完成了一次系统调用。系统调用号和对应的函数可以在中找到。其实自己添加一个系统调用也很简单。
inode:
inode对象包含了内核在操作文件时需要的全部信息,其实它代表一个文件。VFS的超级块是代表一个文件系统。
file:
代表一个打开的文件,打开文件时由内核创建,传递给任何操作该文件的函数,文件关闭则释放关联的file结构体。存放的是文件相关的辅助信息,是对inode的补充。
cdev:
描述字符设备,与字符设备对应。模块加载或卸载就是对它进行操作。它内嵌一个kobject对象。kobject是设备管理机制。
file_operation结构体:
文件操作接口的集合,它的成员函数是字符设备驱动程序编写的主体内用,这些函数对应与用户程序的open,write,read,close等函数,这些函数的指行最终会调用file_operation对应的函数来指行。
设备编号:
主设备号对应驱动程序,次设备号对应一个设备,在2.6中,用一个设备编号dev_t表示,主设备号是dev_t的高12位,次设备是低20位。
用户访问字符设备的大概流程:
用户 --------->> VFS --------->> 设备驱动
用户空间--->linux系统调用---->间接调用cdev.file_operation的对应函数。
下面我们以用户指行open("/dev/leds", 0)来跟踪一下:用户open("/dev/leds", 0) ---> 软中断进入内核空间 ---> inode->cdev->file_operation->open(struct inode *, struct file *) ---> 返回用户空间
用户执行open,先写系统调用号和参数到寄存器,然后指行软中断指令,也就是所谓的系统调 用。内核读取字符设备文件/dev/leds,也就是读取文件的inode,同时创建一个file结构体来辅助对这个打开了的文件进行操作,inode的 对象是文件,代表一个文件,存放文件的相关信息。而file代表的是一个打开了的文件,内核打开文件时创建,传递给文件操作的所有函数。而主设备号对应设 备的驱动程序,次设备号对应该驱动所操作的一个设备,这样就确保使用了正确的驱动来操作对应的设备。内核通过inode找到cdev结构体,通过cdev 找到file_operation,最终找到并调用file_operation里面的open(struct inode *, struct file *),指行完毕后返回用户空间,通过约定的寄存器存放返回值,完成一次系统调用。
附录:
用户空间:
程序运行在用户空间,以普通权限运行,不能直接访问硬件或者内核空间,那么用户程序想要访问设备,就得通过系统调用来陷入内核空间访问设备。
系统调用:
linux中每个系统调用都赋予一个独一无二的系统调用号,用户程序指行系统调用的时候,就 是通过指明系统调用号,内核从不关心系统调用的名称。这个类似于进程的pid,用一个数字来标识一个系统调用。用户程序通过特定的寄存器来传递系统调用号 和参数,然后指行软中断,引发一个异常,系统切换到内核态指行异常处理程序(就是系统调用的那个函数),指行完毕,通过寄存器存放返回值,返回用户空间, 完成了一次系统调用。系统调用号和对应的函数可以在中找到。其实自己添加一个系统调用也很简单。
inode:
inode对象包含了内核在操作文件时需要的全部信息,其实它代表一个文件。VFS的超级块是代表一个文件系统。
file:
代表一个打开的文件,打开文件时由内核创建,传递给任何操作该文件的函数,文件关闭则释放关联的file结构体。存放的是文件相关的辅助信息,是对inode的补充。
cdev:
描述字符设备,与字符设备对应。模块加载或卸载就是对它进行操作。它内嵌一个kobject对象。kobject是设备管理机制。
file_operation结构体:
文件操作接口的集合,它的成员函数是字符设备驱动程序编写的主体内用,这些函数对应与用户程序的open,write,read,close等函数,这些函数的指行最终会调用file_operation对应的函数来指行。
设备编号:
主设备号对应驱动程序,次设备号对应一个设备,在2.6中,用一个设备编号dev_t表示,主设备号是dev_t的高12位,次设备是低20位。
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