06、文件操作集

一、文件操作集简介

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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. 这个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（如读、写、打开、关闭等）
3. 当用户程序通过系统调用（如open/read/write）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，这样就完成了设备操作的整个流程

简单来说：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_MODULES (在 <linux/module.h> 中定义的宏)

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

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驱动

#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;//定义dev_t类型变量dev_num来表示设备号
static struct cdev cdev_test;//定义struct cdev 类型结构体变量cdev_test，表示要注册的字符设备
static struct file_operations cdev_fops_test = {
    .owner = THIS_MODULE,//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
    .open = chrdev_open,
    .read = chrdev_read,
    .write = chrdev_write,
    .release = chrdev_release,
};//定义file_operations结构体类型的变量cdev_test_ops
static struct class *class_test;//定于struct class *类型结构体变量class_test，表示要创建的类

static int __init chrdev_fops_init(void)//驱动入口函数
{
    int ret;//定义int类型的变量ret，用来对函数返回值进行判断
    int major,minor;//定义int类型的主设备号major和次设备号minor
    ret = alloc_chrdev_region(&dev_num,0,1,"chrdev_name");//自动获取设备号，设备名chrdev_name
    if (ret  < 0){
        printk("alloc_chrdev_region is error \n");
    }
    printk("alloc_chrdev_region is ok \n");
    major = MAJOR(dev_num);//使用MAJOR()函数获取主设备号
    minor = MINOR(dev_num);//使用MINOR()函数获取次设备号
    printk("major is %d\n",major);
    printk("minor is %d\n",minor);
    cdev_init(&cdev_test,&cdev_fops_test);//使用cdev_init()函数初始化cdev_test结构体，并链接到cdev_test_ops结构体
    cdev_test.owner = THIS_MODULE;//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
    ret = cdev_add(&cdev_test,dev_num,1); //使用cdev_add()函数进行字符设备的添加
    if (ret < 0){
         printk("cdev_add is error \n");
    }
    printk("cdev_add is ok \n");
    class_test  = class_create(THIS_MODULE,"class_test");//使用class_create进行类的创建，类名称为class_test
    device_create(class_test,NULL,dev_num,NULL,"device_test");//使用device_create进行设备的创建，设备名称为device_test
    return 0;
}

static void __exit chrdev_fops_exit(void)//驱动出口函数
{
    device_destroy(class_test,dev_num);//删除创建的设备
    class_destroy(class_test);//删除创建的类
    cdev_del(&cdev_test);//删除添加的字符设备cdev_test
    unregister_chrdev_region(dev_num,1);//释放字符设备所申请的设备号
    printk("module exit \n");
}

module_init(chrdev_fops_init);//注册入口函数
module_exit(chrdev_fops_exit);//注册出口函数
MODULE_LICENSE("GPL v2");//同意GPL开源协议

app

#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;//定义int类型的文件描述符
    char buf[32];//定义读取缓冲区buf
    fd=open(argv[1],O_RDWR,0666);//调用open函数，打开输入的第一个参数文件，权限为可读可写
    if(fd<0){
        printf("open is error\n");
        return -1;
    }
    printf("open is ok\n");
    /*如果第二个参数为read，条件成立，调用read函数，对文件进行读取*/
    if(!strcmp(argv[2], "read")){
        read(fd,buf,32);
        }
    /*如果第二个参数为write，条件成立，调用write函数，对文件进行写入*/
    else if(!strcmp(argv[2], "write")){
        write(fd,"hello\n",6);
    }
    close(fd);//调用close函数，对取消文件描述符到文件的映射
    return 0;
}

三、实验运行结果

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