應用層和內核層的數據傳輸
【學習筆記】
1、應用層和內核層數據傳輸常用的函數
在Linux中，文件對應的操作有：打開、關閉、讀寫，同樣與文件類似，設備節點對應的操作有：打開、關閉、讀寫
如果我們在應用層使用系統IO對設備節點進行打開、關閉、讀寫等操作會發生什么？
【注】：
下面這些函數都定義在linux內核文件夾,比如:linux-4.9.268/include/linux/fs.h中的 struct file_operations {};結構體中
（1）當我們在應用層對設備節點進行read操作時，就會觸發驅動里邊的read這個函數。
ssize_t(*read)(struct file*, char __user*, size_t, loff_t*);#這里（*read）是函數名字，可以自定義，下面的都是如此
（2）當我們在應用層對設備節點進行write操作時，就會觸發驅動里邊的write這個函數。
ssize_t(*write)(struct file*, const char __user*, size_t, loff_t*);
（3）當我們在應用層對設備節點進行poll/select操作時，就會觸發驅動里邊的poll這個函數。
unsigned_t(*poll)(struct file*, struct poll_table_struct*);
（4）當我們在應用層對設備節點進行ioctl操作時，就會觸發驅動里邊的ioctl這個函數。
long(*unlocked_ioctl)(struct file*, unsigned int, unsigned long);
（5）當我們在應用層對設備節點進行open操作時，就會觸發驅動里邊的open這個函數。
int(*open)(struct inode*, struct file*);
（6）當我們在應用層對設備節點進行close操作時，就會觸發驅動里邊的release這個函數。
int(*release)(struct inode*, struct file*);
【注意】read和write參數中的__user*前面是兩個下划線，寫成一個編譯時會報錯
2、應用層調用驅動的例子
驅動層：驅動file_operations.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
//雜項設備驅動需要增加兩個頭文件
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
int misc_open(struct inode *inode, struct file *file){//(*open)函數實現
printk("hello misc_open\n");
return 0;
}
int misc_release(struct inode *inode, struct file *file){//(*release)函數實現
printk("bye bye\n");
return 0;
}
ssize_t misc_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t){
printk("hello read\n");
return 0;
}
ssize_t misc_write(struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t){
printk("hello write\n");
return 0;
}
//第2步：填充文件操作集
struct file_operations misc_fops = {
.owner = THIS_MODULE, //這里簡單的填充一個owner
.open = misc_open, //根據我們自定義的函數名來填充
.release = misc_release,
.read = misc_read,
.write = misc_write
};
//第1步：填充雜項設備結構體
struct miscdevice misc_dev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //次設備號，動態分配
.name = "hello_misc", //設備節點的名字
.fops = &misc_fops //填充文件操作集
};
//第3步；注冊到內核
static int misc_init(void){
int ret;
ret = misc_register(&misc_dev);//存儲注冊的地址
//判斷是否注冊成功
if(ret < 0){
printk("misc registe is error\n");
return -1;
}
printk("misc registe is successful\n"); //內核里不能使用c語言庫，所以不能用printf
return 0;
}
//卸載驅動
static void misc_exit(void){
misc_deregister(&misc_dev);
printk("misc bye bye\n");
}
//入口和出口
module_init(misc_init);
module_exit(misc_exit);
//聲明許可證
MODULE_LICENSE("GPL");
應用層：app.c上層函數
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]){//如果打開設備節點成功，這會調用驅動里邊的misc_open()函數
int fd;
char buf[64] = {0};
fd = open("/dev/hello_misc",O_RDWR);//open the device node
if(fd < 0){ //determine whether the opening is successful
perror("open error\n");//和printf用法相似
return fd;
}
read(fd,buf,sizeof(buf));//讀取設備節點
//write(fd,buf,sizeof(buf));//寫設備節點
close(fd);//關閉節點
return 0;
}
如下圖，設備節點是內核層和應用層的橋梁
如果驅動文件中相應的操作集沒有填充，而應用層又調用了對應的函數，那么將什么都不會發生，也不會報錯。
應用層和數據層不能直接進行數據傳輸，需要使用其他函數
下面兩個函數定義在linux-4.9.268/include/linux/uaccess.h中
//用戶層向內核層傳輸數據
static inline long copy_from_user(void *to, const void _user *from, unsigned long n);
//內核層向用戶層傳輸數據
static inline long copy_to_user(void *to, const void *from, unsigned long n);
注意這兩個函數只能在驅動里邊用，不能在應用層使用。
加入數據傳輸函數后的代碼
file_operation.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
//雜項設備驅動需要增加兩個頭文件
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
//增加傳輸函數所在的頭文件
#include <linux/uaccess.h>
int misc_open(struct inode *inode, struct file *file){//(*open)函數實現
printk("hello misc_open\n");
return 0;
}
int misc_release(struct inode *inode, struct file *file){//(*release)函數實現
printk("bye bye\n");
return 0;
}
ssize_t misc_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t){
char kbuf[64] = "mydate";//定義字符串，能夠在應用層讀取到
if(copy_to_user(ubuf, kbuf, strlen(kbuf)) != 0){//判斷是否成功向應用層傳輸數據
printk("copy_to_user error\n");
return -1;
}
return 0;
}
ssize_t misc_write(struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t){
char kbuf[64] = {0};
if(copy_from_user(kbuf, ubuf, size) != 0){//判斷是否成功向應用層傳輸數據
printk("copy_from_user error\n");
return -1;
}
printk("kbuf is %s\n",kbuf);
return 0;
}
//第2步：填充文件操作集
struct file_operations misc_fops = {
.owner = THIS_MODULE, //這里簡單的填充一個owner
.open = misc_open, //根據我們自定義的函數名來填充
.release = misc_release,
.read = misc_read,
.write = misc_write
};
//第1步：填充雜項設備結構體
struct miscdevice misc_dev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //次設備號，動態分配
.name = "hello_misc", //設備節點的名字
.fops = &misc_fops //填充文件操作集
};
//第3步；注冊到內核
static int misc_init(void){
int ret;
ret = misc_register(&misc_dev);//存儲注冊的地址
//判斷是否注冊成功
if(ret < 0){
printk("misc registe is error\n");
return -1;
}
printk("misc registe is successful\n"); //內核里不能使用c語言庫，所以不能用printf
return 0;
}
//卸載驅動
static void misc_exit(void){
misc_deregister(&misc_dev);
printk("misc bye bye\n");
}
//入口和出口
module_init(misc_init);
module_exit(misc_exit);
//聲明許可證
MODULE_LICENSE("GPL");
app.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]){//如果打開設備節點成功，這會調用驅動里邊的misc_open()函數
int fd;
char read_buf[64] = {0};
char write_buf[64] = "write date"//
fd = open("/dev/hello_misc",O_RDWR);//open the device node
if(fd < 0){ //determine whether the opening is successful
perror("open error\n");//和printf用法相似
return fd;
}
read(fd,read_buf,sizeof(read_buf));//讀設備節點
printf("read_buf is %s\n",read_buf);//打印從內核層讀取的內容
write(fd,write_buf,sizeof(write_buf));//將數據寫入設備節點,將應用層數據傳入的內核層
close(fd);//關閉節點
return 0;
}