《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，它同umask（在文件创建时需要去掉的一些权限）一起共同决定文件的最终权限
mode：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，则使用第二个函数，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：创建用户可读写执行，组没有权限，其他人可读执行 => 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：相对于文件开头
SEEK_CUR：相对于当前指针
SEEK_END：相对于文件末尾
offset：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：包含基本命令，如ls、cp等
• /sbin：系统命令，如modprobe、ifconfig等
• /dev：设备文件存储目录，应用文件通过对这些文件的读写来控制实际设备
• /etc：系统配置文件，如账号密码的配置文件，busybox的启动脚本也在这里
• /lib：系统库文件
• /mnt：挂载目录，如cdrom等目录
• /proc：系统运行时，进程及内核信息（CPU、硬盘分区、内存信息等）存放在这里。/proc目录是为文件系统proc的挂载目录，proc不是真正的文件系统，它存在内存中
• /tmp：存放运行程序是产生的临时文件
• /usr：系统存放程序的目录，如用户命令、用户库等
• /sys：sysfs文件系统的映射目录，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，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：代表一个打开的文件，每个打开的文件在内核中都有一个关联的struct file。
• inode：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 + 文件名 =>查看文件的inode信息
• inode成员i_rdev字段包含设备号：前12是主设备号，后20位是此设备号
  
  • unsigned int ininor(struct inode *inode)
  • unsigned int imajor(struct inode *inode)
• cat /proc/devices：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，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：做某件事的方法，相对固定不变
  • 策略：每个步骤采取的方法，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，往该节点下写一个“add”,导致内核重新发送netlink，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，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，他们可以由用户空间存取，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，顶层目录包括
  
  • block：所有的设备快
  • bus：所有的总线类型
  • dev
  • devices
  • class：系统中的设备类型（如网卡设备、声卡设备、输入设备等）
  • fs
  • kernel
  • power
• bus_type表示总线，device_driver表示驱动，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，注册设备的时候不需要其驱动已经注册，反之亦然
  • 设备和驱动各自共享·涌向内核，寻找自己的另一半，总线通过match()函数匹配两者
  • 匹配成功会调用xxx_driver的probe函数（xxx是总线的名字，如PCI、spi、USB等）
• 总系、设备和驱动最终落实为sysfs中的一个目录，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，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，其用于attribute对应的sysfs的文件读写
• 事实上，sysfs的目录源于bus_type、device_driver和device，而目录中的文件则来源于attribute
• 例如：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，动态的建立或删除设备的文件，允许每个人都不用关心主次设备号而提供LBS（Linux标准规范）名字，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，内核会通过netlink套接字发送uevent
  • udev获取内核发送的信息，进行规则的匹配
    
    • 匹配的事物包括：SUBSYSTEM、ACTION、attribute、内核提供的名称（通过KETNEL=）以及其他的环境变量
• 例如：在Linux系统上插入Kingston的U盘，通过udev的工具“udevadm monitor–kernel –property –udev”捕获到uevent包含的信息（包括U盘的设备商、U盘的类型、设备编号等等），根据这些信息创建一个规则，以便在插入的时候，为该U盘创建一个/dev/KingstomUD的符号链接

SUBSYSTEM=="block", ACTION=="add", KERNEL=="*sd", ENV{ID_TYPE}=="disk", ENV{ID_VENDOR}=="Kingston", ENV{ID_USB_DRIVER}=="usb-storage", SYMLINK+="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，以“#”为行代表注释符，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：ACTION/KERNEL/BUS/SUBSYSTEM/ATTR等
  • 赋值关键字包括：NAME/SYMLINK/OWNER/GROUP/IMPORT/MODE等
• 例如

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

 - 规则意思：当系统中出现新的硬件属于net子系统范畴，系统柜该硬件采取的动作是“add”这个硬件，且这个硬件的address属性信息等于“08:00:27:35:be:ff”，dev_id属性等于“0x0”,"type"属性是1等，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，如*，？，[a-z]等，此外，%k就是KERNEL，%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