從用戶態的open到內核驅動實現流程

問題來源：

在講授Linux初級驅動的時候，我發現困惑很多同學的是不真正理解從應用層到我們自己所寫的驅動層的調用過程，所以寫此文章來大概描述。

首先我們知道，在我們目前的Linux系統中，我們大概共約300左右個系統調用，其中syscall_table.S列出了所有的系統調用表。

在本文件中記錄了所有當前平臺系統中所提供的系統調用表，其中第五項就包括：

.lONg sys_open /* 5 */

-----------------------------

查看sys_open() 函數，我們看到里面所完成的工作為：

1、查看打開的是否是大文件，如果是的話，置大文件標志位：O_LARGEFILE

2、做do_sys_open()函數調用。

3、檢查2的調用返回值ret是否有效。

-----------------------------

-----------------------------

查看do_sys_open()函數所完成的工作為：

調用getname() ，getname函數主要功能是在使用文件名之前將其拷貝到內核數據區，正常結束時返回內核分配的空間首地址，出錯時返回錯誤代碼。

取得系統中可用的文件描述符fd。

調用do_filp_open()函數，此函數使用了一個數據結構nameidata來描述與文件相關的文件操作。

STruct nameidata {

struct dentry *dentry; // 目錄數據

struct vfsmount *mnt; // 虛擬文件掛載點數據

struct qstr last; // hash值

unsigned int flags; // 文件操作標識

int last_type; // 類型

unsigned depth;

char *saved_names[MAX_NESteD_LINKS + 1];

union {

struct open_intent open;

} intent; // 專用數據

};

-----------------------------

-----------------------------

struct file *do_filp_open(const char * filename, int flags, int mode){

int namei_flags, error;

struct nameidata nd;

namei_flags = flags;

if ((namei_flags+1) O_ACCMODE)

namei_flags++; // 如果flags有O_WRONLY，則增加O_RDONLY

error = open_namei(filename, namei_flags, mode, nd);

// open_namei函數主要執行文件操作的inode部分的打開等操作。

if (!error)

return nameidata_to_filp (nd, flags);

// 把文件的inod相關信息轉換成文件結構。

return ERR_PTR(error); // 返回錯誤代碼

}

-----------------------------

-----------------------------

我們下面來看這個比較關鍵的函數：nameidata_to_filp():

struct file *(struct nameidata *nd, int flags)

821 {

822 struct file *filp;

823

824 /* Pick up the filp from the open intent */

825 filp = nd->intent.open.file;

// 把相關 file結構的指針賦予 filp。

826 /* Has the filesystem initialised the file for us? */

827 if (filp->f_path.dentry == NULL)

828 filp = __dentry_open(nd->dentry, nd->mnt, flags, filp, NULL);

// ***** 關鍵函數 ***** //

829 else

830 path_release(nd);

831 return filp;

832 }

-----------------------------

-----------------------------

關鍵函數：__dentry_open():

static struct file *__dentry_open(struct dentry *dentry, struct vfsmount *mnt,

int flags, struct file *f,

int (*open)(struct inode *, struct file *))

{

......

695 f->f_pos = 0;

696 f->f_op = fops_get(inode->i_fop);

// 在這里進行賦值,f->f_op = def_chr_fops,注意上文inode->i_fop中的賦值。

697 file_move(f, inode->i_sb->s_files);

698

699 if (!open f->f_op)

// 在調用__dentry_open時open賦值為空,所以!open為真。

700 pen = f->f_op->open;

// 在這里將open賦為chrdev_open。

701 if (open) {

702 error = open(inode, f);

// 這里調用chrdev_open, 參照下文。

703 if (error)

704 goto cleanup_all;

......

}

-----------------------------

-----------------------------

在函數chrdev_open中(/fs/char_dev.v):

int chrdev_open(struct inode * inode, struct file * filp)

{

......

kobj = kobj_lookup(cdev_map, inode->i_rdev, idx);

// 執行kobj_lookup函數，在cdev_map里尋找相應的inode->i_rdev設備。

// cdev_map是一個256個probe結構組成的數組，用于查找具有相應設備號的設備。

// inode->i_rdev為設備號。

new = container_of(kobj, struct cdev, kobj);

//從kobj的位置倒算出cdev的內存地址，獲得包含相應kobj的cdev。

inode->i_cdev = p = new;

// 到這里p已經為我們要的設備cdev了。

filp->f_op = fops_get(p->ops);

/ /拿到 cdev操作集。

// 至此以后read,write操作都通過file->f_op直接與我們要的設備操作集掛鉤了。

......

}

-----------------------------

到此，系統通過file->f_op 就與我們在設備驅動里面的定義的相關操作聯系起來了，我們之前在寫驅動實現的功能操作就被系統通過應用層的open 一步一步的調用到我們自己的open跟相關其他的操作了。