一、文件操作集简介

在 Linux 设备驱动开发中，注册字符设备时，我们需要将 cdev 结构体（设备描述信息）和 file_operations 结构体（驱动功能入口）关联起来。具体步骤是：

1. 通过 cdev_init() 函数把设备信息（cdev）和功能操作表（file_operations）绑定在一起
2. file_operations 结构就像一个功能目录，里面存放着驱动程序的各种操作函数地址
3. 当用户程序通过系统调用访问设备时，内核会自动到这个目录里找到对应的函数地址
4. 然后直接执行驱动程序里预先写好的对应功能代码

简单理解

file_operations 就是驱动程序和系统调用之间的连接桥梁，它把程序请求和驱动功能对应起来，让设备操作能够顺利执行。

file_operations 结构体定义在 内核源码/include/linux/fs.h 文件中。下面对部分常用函数进行说明：

owner 是第一个 file_operations 成员，它并不是一个操作，而是一个指向拥有该结构的模块的指针，避免正在操作时被卸载，一般为初始化为 THIS_MODULE。

read 函数指针用来从设备中同步读取数据，读取成功返回读取的字节数。与应用程序中的 read 函数对应。

write 函数指针用来发送数据给设备，写入成功返回写入的字节数。与应用程序中的 write 函数对应。

unlocked_ioctl 函数指针提供对于设备的控制功能，与应用程序中的 ioctl 函数对应。

open 函数指针用于打开设备，与应用程序中的 open 函数对应。

release 函数指针在 file 结构体释放时被调用。

至此对于 file_operations 文件操作集的部分常用函数就介绍完了，填充了部分常用函数的 file_operations 结构体如下：

二、实验代码

源代码下载

git clone git@gitee.com:yangxuesong314/linux-driver.git

• 代码位于：linux-driver/05.字符设备驱动模型/04.文件操作集

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/cdev.h>

static int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("This is chrdev_open \n");
    return 0;
}

static ssize_t chrdev_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{
    printk("This is chrdev_read \n");
    return 0;
}

static ssize_t chrdev_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{
    printk("This is chrdev_write \n");
    return 0;
}

static int chrdev_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return 0;
}

static dev_t dev_num;
static struct cdev cdev_test;
static struct file_operations cdev_fops_test = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .open    = chrdev_open,
    .read    = chrdev_read,
    .write   = chrdev_write,
    .release = chrdev_release,
};
static struct class *class_test;

static int __init chrdev_fops_init(void)
{
    int ret;
    int major, minor;
    ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, "chrdev_name");
    if (ret < 0) {
        printk("alloc_chrdev_region is error \n");
    }
    printk("alloc_chrdev_region is ok \n");
    major = MAJOR(dev_num);
    minor = MINOR(dev_num);
    printk("major is %d\n",major);
    printk("minor is %d\n",minor);
    cdev_init(&cdev_test, &cdev_fops_test);
    cdev_test.owner = THIS_MODULE;
    ret = cdev_add(&cdev_test, dev_num, 1);
    if (ret < 0) {
         printk("cdev_add is error \n");
    }
    printk("cdev_add is ok \n");
    class_test = class_create(THIS_MODULE, "class_test");
    device_create(class_test, NULL, dev_num, NULL, "device_test");
    return 0;
}

static void __exit chrdev_fops_exit(void)
{
    device_destroy(class_test, dev_num);
    class_destroy(class_test);
    cdev_del(&cdev_test);
    unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
    printk("module exit \n");
}

module_init(chrdev_fops_init);
module_exit(chrdev_fops_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");

应用代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd;
    char buf[32];
    fd = open(argv[1], O_RDWR, 0666);
    if (fd < 0) {
        printf("open is error\n");
        return -1;
    }
    printf("open is ok\n");
    if (!strcmp(argv[2], "read")) {
        read(fd, buf, 32);
    } else if (!strcmp(argv[2], "write")) {
        write(fd,"hello\n",6);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

三、实验运行结果