《Linux4.0设备驱动开发详解》笔记第五章：Linux文件系统与设备文件

5.1 Linux文件操作

5.1.1 文件操作系统调用

• 创建

int create(const char *filename, mode_t mode);

mode是存取权限&＃xff0c;它同umask&＃xff08;在文件创建时需要去掉的一些权限&＃xff09;一起共同决定文件的最终权限
mode&＃xff1a;O_…组合
- 打开

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

如果flags使用了O_CREAT标志&＃xff0c;则使用第二个函数&＃xff0c;指明创建并打开的文件权限
数字表示权限的含义
第一位 第二位 第三位 第四位 第五位
用户ID 组ID 自己的权限 组的权限 其他人的权限
例如&＃xff1a;创建用户可读写执行&＃xff0c;组没有权限&＃xff0c;其他人可读执行 &＃61;> 10 705

open("test", O_CREAT, 10 705);
等价于
open("test", O_CREAT, S_IRWXU | S_IROTH | S_IXOTH | S_ISUID);

• 读写

int read(int fd, const void *buf, size_t length);
int write(int fd, const void *buf, size_t length);


• 定位

int lseek(int fd, offset_t offset, int whence);

SEEK_SET&＃xff1a;相对于文件开头
SEEK_CUR&＃xff1a;相对于当前指针
SEEK_END&＃xff1a;相对于文件末尾
offset&＃xff1a;可为负数
lseek(fd, 0, SEEK_END);表示文件的长度

• 关闭

int close(int fd);

5.1.2 库函数操作

• 创建和打开

FILE *fopen(const char *path, const char *mode);

mode : r w b 组合
linux不区分文本文件和二进制文件

• 读写

int fgetc(FILE *stream);
int fputc(int c, FILE *stream);
char *fgets(char *s, int n, FILE *stream);
int fputs(const char *s, FILE *stream);
int fprintf(FILE *stream, const char *format,...);
int fscanf(FILE *stream, const char *format,...);
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream);
size_t fwrite(void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream);

• 关闭

int fclose(FILE *stream);

5.2 Linux文件系统

5.2.1 Linux文件系统目录结构

• /bin&＃xff1a;包含基本命令&＃xff0c;如ls、cp等
• /sbin&＃xff1a;系统命令&＃xff0c;如modprobe、ifconfig等
• /dev&＃xff1a;设备文件存储目录&＃xff0c;应用文件通过对这些文件的读写来控制实际设备
• /etc&＃xff1a;系统配置文件&＃xff0c;如账号密码的配置文件&＃xff0c;busybox的启动脚本也在这里
• /lib&＃xff1a;系统库文件
• /mnt&＃xff1a;挂载目录&＃xff0c;如cdrom等目录
• /proc&＃xff1a;系统运行时&＃xff0c;进程及内核信息&＃xff08;CPU、硬盘分区、内存信息等&＃xff09;存放在这里。/proc目录是为文件系统proc的挂载目录&＃xff0c;proc不是真正的文件系统&＃xff0c;它存在内存中
• /tmp&＃xff1a;存放运行程序是产生的临时文件
• /usr&＃xff1a;系统存放程序的目录&＃xff0c;如用户命令、用户库等
• /sys&＃xff1a;sysfs文件系统的映射目录&＃xff0c;Linux设备驱动模型中的总线、驱动和设备都可以在该目录下找到对应的节点。当内核检测到新设备时&＃xff0c;会在sysfs文件系统中为该设备生成一项新的记录

5.2.2 Linux文件系统与设备驱动

• file&＃xff1a;代表一个打开的文件&＃xff0c;每个打开的文件在内核中都有一个关联的struct file。
• inode&＃xff1a;包含文件访问权限、属主、组、大小、生成时间、访问时间、最后修改时间等信息
• stat &＃43; 文件名 &＃61;>查看文件的inode信息
• inode成员i_rdev字段包含设备号&＃xff1a;前12是主设备号&＃xff0c;后20位是此设备号
  
  • unsigned int ininor(struct inode *inode)
  • unsigned int imajor(struct inode *inode)
• cat /proc/devices&＃xff1a;查看系统注册的设备
  
  • 第一列为主设备号
  • 第二列为此设备号
• /dev/目录中包含有设备文件
• 参考
  http://www.cnblogs.com/itech/archive/2012/05/15/2502284.html

5.3 devfs

• Linux2.4内核引进&＃xff0c;但现在已经由udev取代

5.4 udev用户空间设备管理

5.4.1 udev与devfs区别

• 机制与策略
  
  • 机制&＃xff1a;做某件事的方法&＃xff0c;相对固定不变
  • 策略&＃xff1a;每个步骤采取的方法&＃xff0c;灵活不固定
  • 内核中不应该出现策略
• udev是利用设备的加入或者移除的时候内核所发送的热拔插事件来工作
  
  • 热拔插时设备的详细信息会由内核通过netlink套接字来发送出uevent事件
• udev对冷拔插的处理
  
  • Linux提供sysfs下面1个uevent节点&＃xff0c;往该节点下写一个“add”,导致内核重新发送netlink&＃xff0c;之后udev就会收到冷拔插的netlink消息了

5.4.2 sysfs系统与Linux设备模型

• sysfs是与proc、devfs和devpty同类别的虚拟文件系统&＃xff0c;它可以产生包括所有的硬件系统的层级视图
• sysfs把连接在系统上的设备和总线组织成一个分级的文件&＃xff0c;他们可以由用户空间存取&＃xff0c;向用户空间导出内核数据结构以及他们的属性
• sysfs的一个目的是展示设备驱动模型中各组件的层次关系&＃xff0c;顶层目录包括
  
  • block&＃xff1a;所有的设备快
  • bus&＃xff1a;所有的总线类型
  • dev
  • devices
  • class&＃xff1a;系统中的设备类型&＃xff08;如网卡设备、声卡设备、输入设备等&＃xff09;
  • fs
  • kernel
  • power
• bus_type表示总线&＃xff0c;device_driver表示驱动&＃xff0c;device表示设备
• 设备和驱动必须依附于总线
  
  • 设备和驱动是独立分开注册的&＃xff0c;注册设备的时候不需要其驱动已经注册&＃xff0c;反之亦然
  • 设备和驱动各自共享·涌向内核&＃xff0c;寻找自己的另一半&＃xff0c;总线通过match()函数匹配两者
  • 匹配成功会调用xxx_driver的probe函数&＃xff08;xxx是总线的名字&＃xff0c;如PCI、spi、USB等&＃xff09;
• 总系、设备和驱动最终落实为sysfs中的一个目录&＃xff0c;其attribute则落实为目录下的文件
  
  • 总线、设备和驱动实际上可以认为是kobject的派生类&＃xff0c;kobject可以看作是总线、设备和驱动的抽象类
  • 1个kobject对应着sysfs的一个目录
  • attribute包好show和store两个函数&＃xff0c;其用于attribute对应的sysfs的文件读写
• 事实上&＃xff0c;sysfs的目录源于bus_type、device_driver和device&＃xff0c;而目录中的文件则来源于attribute
• 例如&＃xff1a;在driver/base/bus.c文件中找到这样的代码

static BUS_ATTR(driver_prove, ...);
static BUS_ATTR(driver_autoprove, ...);
static BUS_ATTR(uevent, ...);

而在/sys/bus/platform等里面可以找到对应的文件

$ls
devices drivers drivers_autoprove drivers_probe uevent

udev的组成

• udev目前和systemd项目合并在一起了
• udev在用户空间中执行&＃xff0c;动态的建立或删除设备的文件&＃xff0c;允许每个人都不用关心主次设备号而提供LBS&＃xff08;Linux标准规范&＃xff09;名字&＃xff0c;并且根据需要固定名称
• udev的工作过程
  
  • 当内核检测到系统中出现了新的设备的时候&＃xff0c;内核会通过netlink套接字发送uevent
  • udev获取内核发送的信息&＃xff0c;进行规则的匹配
    
    • 匹配的事物包括&＃xff1a;SUBSYSTEM、ACTION、attribute、内核提供的名称&＃xff08;通过KETNEL&＃61;&＃xff09;以及其他的环境变量
• 例如&＃xff1a;在Linux系统上插入Kingston的U盘&＃xff0c;通过udev的工具“udevadm monitor–kernel –property –udev”捕获到uevent包含的信息&＃xff08;包括U盘的设备商、U盘的类型、设备编号等等&＃xff09;&＃xff0c;根据这些信息创建一个规则&＃xff0c;以便在插入的时候&＃xff0c;为该U盘创建一个/dev/KingstomUD的符号链接

SUBSYSTEM&＃61;&＃61;"block", ACTION&＃61;&＃61;"add", KERNEL&＃61;&＃61;"*sd", ENV{ID_TYPE}&＃61;&＃61;"disk", ENV{ID_VENDOR}&＃61;&＃61;"Kingston", ENV{ID_USB_DRIVER}&＃61;&＃61;"usb-storage", SYMLINK&＃43;&＃61;"kingstonUD"

插入U盘后就会自动的在/dev/下面创建一个符号链接

5.4.4 udev 规则文件

• 规则文件一行为单位&＃xff0c;以“#”为行代表注释符&＃xff0c;其余的每一行代表一个规则
• 每个规则分成一个或多个匹配部分和赋值部分
  
  • 匹配部分和赋值部分用专用的关键字来表示
  • 匹配关键字包括&＃xff1a;ACTION/KERNEL/BUS/SUBSYSTEM/ATTR等
  • 赋值关键字包括&＃xff1a;NAME/SYMLINK/OWNER/GROUP/IMPORT/MODE等
• 例如

SUBSYSTEM&＃61;&＃61;"net", ACTION&＃61;&＃61;"add", KERNEL&＃61;&＃61;"?*", ATTR{address}&＃61;&＃61;"08:00:27:35:be:ff", ATTR{dev_id}&＃61;&＃61;"0x0", ATTR{type}&＃61;&＃61;"1", KERNEL&＃61;&＃61;"eth*", NAME&＃61;"ETH1"

- 规则意思&＃xff1a;当系统中出现新的硬件属于net子系统范畴&＃xff0c;系统柜该硬件采取的动作是“add”这个硬件&＃xff0c;且这个硬件的address属性信息等于“08:00:27:35:be:ff”&＃xff0c;dev_id属性等于“0x0”,"type"属性是1等&＃xff0c;这个硬件在udev层次实行的动作是创建/dev/eth1.


• udev 规则可以使用通配符&＃xff0c;如*&＃xff0c;&＃xff1f;&＃xff0c;[a-z]等&＃xff0c;此外&＃xff0c;%k就是KERNEL&＃xff0c;%n就是KERNEL的序号(如存储设备的分区号)
• Android采用的和udev类似的void机制