姓名：王央京? ? 學(xué)號(hào)：18050100052? ?學(xué)院：電子工程學(xué)院

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【嵌牛導(dǎo)讀】本文介紹了Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)的相關(guān)信息

【嵌牛鼻子】Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)

【嵌牛提問】在了解Linux系統(tǒng)后，能否介紹內(nèi)核中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)？

【嵌牛正文】

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是 Linux 內(nèi)核的主要部分。和操作系統(tǒng)的其它部分類似，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行在高特權(quán)級(jí)的處理器環(huán)境中，從而可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，但正因?yàn)槿绱?，任何一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致操作系統(tǒng)的崩潰。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶋H控制操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間的交互。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供一組操作系統(tǒng)可理解的抽象接口完成和操作系統(tǒng)之間的交互，而與硬件相關(guān)的具體操作細(xì)節(jié)由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成。一般而言，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備的控制芯片有關(guān)，例如，如果計(jì)算機(jī)硬盤是 SCSI 硬盤，則需要使用 SCSI 驅(qū)動(dòng)程序，而不是 IDE 驅(qū)動(dòng)程序。

Linux設(shè)備分類：

1. 字符設(shè)備：字符（char）設(shè)備是個(gè)能夠像字節(jié)流（類似文件）一樣被訪問的設(shè)備，由字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)這種特性。字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常至少要實(shí)現(xiàn)open、close、read和write的系統(tǒng)調(diào)用。

2、塊設(shè)備：和字符設(shè)備類似，塊設(shè)備也是通過/dev目錄下的文件系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)來訪問。塊設(shè)備（例如磁盤）上能夠容納filesystem。在大多數(shù)的Unix系統(tǒng)中，進(jìn)行I/O操作時(shí)塊設(shè)備每次只能傳輸一個(gè)或多個(gè)完整的塊，而每塊包含512字節(jié)（或2的更高次冪字節(jié)的數(shù)據(jù)）。

3、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：任何網(wǎng)絡(luò)事物都需要經(jīng)過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口形成，網(wǎng)絡(luò)接口是一個(gè)能夠和其他主機(jī)交換數(shù)據(jù)的設(shè)備。接口通常是一個(gè)硬件設(shè)備，但也可能是個(gè)純軟件設(shè)備，比如回環(huán)（loopback）接口。網(wǎng)絡(luò)接口由內(nèi)核中的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。

與設(shè)備相對(duì)應(yīng)的是三類設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

在linux的世界里一切皆文件，所有的硬件設(shè)備操作到應(yīng)用層都會(huì)被抽象成文件的操作。我們知道如果應(yīng)用層要訪問硬件設(shè)備，它必定要調(diào)用到硬件對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。接下來介紹如何精確的調(diào)用到底層的驅(qū)動(dòng)程序。

（1）當(dāng)open函數(shù)打開設(shè)備文件時(shí)，可以根據(jù)設(shè)備文件對(duì)應(yīng)的struct inode結(jié)構(gòu)體描述的信息，可以知道接下來要操作的設(shè)備類型（字符設(shè)備還是塊設(shè)備），還會(huì)分配一個(gè)struct file結(jié)構(gòu)體。

(2) 根據(jù)struct inode結(jié)構(gòu)體里面記錄的設(shè)備號(hào)，可以找到對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。這里以字符設(shè)備為例。在Linux操作系統(tǒng)中每個(gè)字符設(shè)備都有一個(gè)struct cdev結(jié)構(gòu)體。此結(jié)構(gòu)體描述了字符設(shè)備所有信息，其中最重要的一項(xiàng)就是字符設(shè)備的操作函數(shù)接口。

(3) 找到struct cdev結(jié)構(gòu)體后，linux內(nèi)核就會(huì)將struct cdev結(jié)構(gòu)體所在的內(nèi)存空間首地址記錄在struct inode結(jié)構(gòu)體i_cdev成員中，將struct cdev結(jié)構(gòu)體中的記錄的函數(shù)操作接口地址記錄在struct file結(jié)構(gòu)體的f_ops成員中。

(4) 任務(wù)完成，VFS層會(huì)給應(yīng)用返回一個(gè)文件描述符（fd）。這個(gè)fd是和struct file結(jié)構(gòu)體對(duì)應(yīng)的。接下來上層應(yīng)用程序就可以通過fd找到struct file，然后在有struct file找到操作字符設(shè)備的函數(shù)接口了。