从应用层打通内核：驱动的工作原理

转：https://blog.csdn.net/u013372900/article/details/54381241

1.从应用层打通内核：驱动

首先来说是设备号的引入，我们通过 cat/proc/kallsyms |grep mydevice 可以查看设备号，当然我们也是可以自己创建设备号，这是源于我们在写内核模块的时候在程序中指定。设备号有了，他就可以标识我们具体的设备。那我们应用层如何操作那？其实我们应用层需要创建一个设备节点文件创建的方法是sudo mknod /dev/hello c 255 0 这样我们就可以创建一个指定设备号的设备节点文件。通过设备号，使设备节点文件和内核中的设备驱动程序关联了起来。这其实也就打通了。有了文件，我们应用层就可以用open啊，read啊去操作这个设备节点文件。真正体现了linux下一切皆文件啊！。
2.具体实现：

    用户空间通过mknod创建了一个设备文件hello（设备号） 对应在内核空间创建一个inode结构体（包含有设备号）与之对应
    应用程序打开这个设备文件： 操作inode结构体，取出inode里面的设备号 ==》 到内核的cdev链表中去查找这个设备号对应的cdev对象 ==》 找到
    cdev对象里面的fops ===》 找到fops里面的open函数指针 ==》 这个函数指针指向我们自己实行的open函数。

3.实现一个驱动服务于多个设备：

按照以前的思路：我们现在如果是一个服务，服务于多个设备，那么问题就来了，显然我们是不会写多个驱动程序的，但是有些数据是我们必须要有多份的。比如我们现在拿最简单
的一个操作，我们在驱动程序里面注册俩个设备号，那么意味着我们在用户空间，有俩个设备节点文件，我们在应用程序中打开俩份，都采用写入的方式，写数据，如果内核中我们把
接受数据的缓冲区没有重新备份，公用一份，结果就是数据的覆盖。这些存储的数据显然是要区分的，那个设备就是那个设备，既然是服务于多设备，那设备号的创建也自然是创建多个
注册多个，这些都可以非常容易的指定，具体可以看代码以及cdev显然也是俩份，他们都在内核的链表中，但是注意cdev结构体中的fops指针都指向的是同一个，所以fops是使用的同一个
其实也很好理解fops里面都是些读写操作的函数指针，没必要区分。共用更加好。
，对于cdev还比较简单，我们在创建自己的cdev结构体的时候，指定参数就可以多创建。
最后我们干脆把这些都要用到的东西打包个结构体，叫做设备结构体。我们回顾上面，当我们又一个设备使用驱动程序的时候，我们指定一个相关数据接收，但是多个设备文件的时候
就出现了对应问题，那就是 ：对应问题，我们如何指定设备号对应的保存数据的变量（更加准确的是设备结构体中的变量，因为我们封装了）。在open的时候，我们是非常清楚当前的
设备号的因为open的时候，系统函数给我们传递了struct inode * inodep, struct file * filep 俩个参数，第一个参数是inode号，第二个是filep（这个结构体保存了我，文件的状态，以及当前
decv。我们通过inodep->i_cdev 获取到当前的cdev的地址，然后通过container_of(ptr, type, member)根据结构体成员的地址从而获取到整个结构体的首地址。
拿到了设备结构体的首地址，然后通过filep->private_data = dev;将地址保存到file结构体中，借助file传递，因为file在读写函数中也调用了。到了读写函数中我们首先用一个对应的结构体指针把传来
的地址接收struct hello_device * dev = filep->private_data;哈哈哈，我们在读写函数中拿到了我们的数据，而且是依靠不同的decv，拿到不同的设备结构体。
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>
/*2017年1月12日19:49:34 张飞online*/
/* 许可证声明 */
MODULE_LICENSE("GPL");

#define    NUM_OF_DEV   2

int major = 255;
int minor = 0;

//设备结构体：将自己用的数据封装
struct hello_device {
    dev_t devno;  //设备号
    struct cdev mycdev; // cdev
    char data[64];
}hello_dev[NUM_OF_DEV];
//hello_dev[0]   //设备1
//hello_dev[1]   //设备2


/*##############################################
*应用程序的open调用驱动的 hello_open 依靠 设备号和cdev中的iops，具体实现
可以看上面的文字
*
##############################################*/
static int hello_open(struct inode * inodep, struct file * filep)
{
    struct hello_device * dev;
    printk("-- %s called -- major = %d   minor = %d ", __FUNCTION__, imajor(inodep), iminor(inodep));

    /*inodep->i_cdev指明设备结构体中的mycdev地址，最终获取到当前cdev对应的我们自己定义的
    设备结构体的地址，这是核心：就是依靠当前cdev获取当前我们的结构体地址
    */
    dev = container_of(inodep->i_cdev, struct hello_device, mycdev);
    /*
    用file中的私有数据传出，因为读写函数也传入了file，而且file也是一 一对应的，当前文件的file
    */
    filep->private_data = dev;

    return 0;
}

//应用程序的close调用驱动的hello_release
static int hello_release(struct inode * inodep, struct file * filep)
{
    printk("-- %s called -- ", __FUNCTION__);

    return 0;
}

static ssize_t hello_read(struct file * filep, char __user * buf, size_t size, loff_t * off)
{
    /*
       获取到了当前file，然后用结构体指针承接，实现修改
    */
    struct hello_device * dev;

    dev = filep->private_data;
    //check param
    if (size < 0 || size > 64)
        return -EINVAL;

    if (copy_to_user(buf, dev->data, size))
    {
        //为真，表示失败
        printk("cp err ");
        return -1;
    }
    else {
        return size;
    }
}


static ssize_t hello_write(struct file * filep, const char __user * buf, size_t size, loff_t * off)
{
    struct hello_device * dev = filep->private_data;

    //check param
    if (size < 0 || size > 64)
        return -EINVAL;

    if (copy_from_user(dev->data, buf, size))
    {
        return -1;
    }
    else {
        return size;
    }
}

struct file_operations hello_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = hello_open,
    .release = hello_release,
    .read = hello_read,
    .write = hello_write,
};

static int cdev_setup(struct cdev * cdev, dev_t devno)
{
    int ret;

    cdev_init(cdev, &hello_fops);
    cdev->owner = THIS_MODULE;
    ret = cdev_add(cdev, devno, 1);
    if (ret < 0)
        return -1;

    return 0;
}


/* 模块加载函数，当向内核中插入这个模块的时候会被调用 */
int hello_init(void)
{
    int ret;
    //做初始化的动作
    printk("-- %s called -- ", __FUNCTION__);

    //1. 注册设备号
    hello_dev[0].devno = MKDEV(major, minor);
    hello_dev[1].devno = MKDEV(major, minor+1);

    //注册来两个设备号，255 0 和255 1
    ret = register_chrdev_region(hello_dev[0].devno, NUM_OF_DEV, "hello-device");
    if (ret < 0)
    {
        printk("register_chrdev_region err ");
        goto err1;
    }

    //2. cdev结构体插入内核链表
    ret = cdev_setup(&hello_dev[0].mycdev, hello_dev[0].devno);
    if (ret < 0)
    {
        printk("cdev_add err ");
        goto err2;
    }

    ret = cdev_setup(&hello_dev[1].mycdev, hello_dev[1].devno);
    if (ret < 0)
    {
        printk("cdev_add err ");
        goto err3;
    }
  // 初始化用户数据
    strcpy(hello_dev[0].data, "000000000000000000000000000000000000");
    strcpy(hello_dev[1].data, "111111111111111111111111111111111111");

    return 0;
/*
 这里是删除内核链表中的cdev 和 释放设备号，借助goto，巧妙释放全部

*/
err3:
    cdev_del(&hello_dev[0].mycdev);
err2:
    unregister_chrdev_region(hello_dev[0].devno, NUM_OF_DEV);
err1:
    return -1;
}

/* 模块的卸载函数，当从内核中把本模块删除的时候被调用 */
void hello_exit(void)
{
    //做和init_module相反的动作
    printk("-- %s called -- ", __FUNCTION__);

    cdev_del(&hello_dev[1].mycdev);
    cdev_del(&hello_dev[0].mycdev);
    unregister_chrdev_region(hello_dev[0].devno, NUM_OF_DEV);

    return ;
}

//声明hello_init为模块的加载函数
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_AUTHOR("farsight");
MODULE_DESCRIPTION("This is a simple moudles");

 希望看到的同学可以一起进步，这篇文章看了后我茅塞顿开，感谢原博主！！！