## 1.3.?設備和模塊的分類
以 LInux 的方式看待設備可區分為 3 種基本設備類型. 每個模塊常常實現 3 種類型中的 1 種, 因此可分類成字符模塊, 塊模塊, 或者一個網絡模塊. 這種將模塊分成不同類型或類別的方法并非是固定不變的; 程序員可以選擇建立在一個大塊代碼中實現了不同驅動的巨大模塊. 但是, 好的程序員, 常常創建一個不同的模塊給每個它們實現的新功能, 因為分解是可伸縮性和可擴張性的關鍵因素.
3 類驅動如下:
既然不是一個面向流的設備, 一個網絡接口就不象 /dev/tty1 那么容易映射到文件系統的一個結點上. Unix 的提供對接口的存取的方式仍然是通過分配一個名子給它們( 例如 eth0 ), 但是這個名子在文件系統中沒有對應的入口. 內核與網絡設備驅動間的通訊與字符和塊設備驅動所用的完全不同. 不用 read 和 write, 內核調用和報文傳遞相關的函數.
字符設備
一個字符( char ) 設備是一種可以當作一個字節流來存取的設備( 如同一個文件 ); 一個字符驅動負責實現這種行為. 這樣的驅動常常至少實現 open, close, read, 和 write 系統調用. 文本控制臺( /dev/console )和串口( /dev/ttyS0 及其友 )是字符設備的例子, 因為它們很好地展現了流的抽象. 字符設備通過文件系統結點來存取, 例如 /dev/tty1 和 /dev/lp0. 在一個字符設備和一個普通文件之間唯一有關的不同就是, 你經常可以在普通文件中移來移去, 但是大部分字符設備僅僅是數據通道, 你只能順序存取.然而, 存在看起來象數據區的字符設備, 你可以在里面移來移去. 例如, frame grabber 經常這樣, 應用程序可以使用 mmap 或者 lseek 存取整個要求的圖像.
塊設備
如同字符設備, 塊設備通過位于 /dev 目錄的文件系統結點來存取. 一個塊設備(例如一個磁盤)應該是可以駐有一個文件系統的. 在大部分的 Unix 系統, 一個塊設備只能處理這樣的 I/O 操作, 傳送一個或多個長度經常是 512 字節( 或一個更大的 2 的冪的數 )的整塊. Linux, 相反, 允許應用程序讀寫一個塊設備象一個字符設備一樣 -- 它允許一次傳送任意數目的字節. 結果就是, 塊和字符設備的區別僅僅在內核在內部管理數據的方式上, 并且因此在內核/驅動的軟件接口上不同. 如同一個字符設備, 每個塊設備都通過一個文件系統結點被存取的, 它們之間的區別對用戶是透明的. 塊驅動和字符驅動相比, 與內核的接口完全不同.
網絡接口
任何網絡事務都通過一個接口來進行, 就是說, 一個能夠與其他主機交換數據的設備. 通常, 一個接口是一個硬件設備, 但是它也可能是一個純粹的軟件設備, 比如環回接口. 一個網絡接口負責發送和接收數據報文, 在內核網絡子系統的驅動下, 不必知道單個事務是如何映射到實際的被發送的報文上的. 很多網絡連接( 特別那些使用 TCP 的)是面向流的, 但是網絡設備卻常常設計成處理報文的發送和接收. 一個網絡驅動對單個連接一無所知; 它只處理報文.
有其他的劃分驅動模塊的方式, 與上面的設備類型是正交的. 通常, 某些類型的驅動與給定類型設備的其他層的內核支持函數一起工作. 例如, 你可以說 USB 模塊, 串口模塊, SCSI 模塊, 等等. 每個 USB 設備由一個 USB 模塊驅動, 與 USB 子系統一起工作, 但是設備自身在系統中表現為一個字符設備( 比如一個 USB 串口 ), 一個塊設備( 一個 USB 內存讀卡器 ), 或者一個網絡設備( 一個 USB 以太網接口 ).
另外的設備驅動類別近來已經添加到內核中, 包括 FireWire 驅動和 I2O 驅動. 以它們處理 USB 和 SCSI 驅動相同的方式, 內核開發者集合了類別范圍內的特性, 并把它們輸出給驅動實現者, 以避免重復工作和 bug, 因此簡化和加強了編寫類似驅動的過程.
在設備驅動之外, 別的功能, 不論硬件和軟件, 在內核中都是模塊化的. 一個普通的例子是文件系統. 一個文件系統類型決定了在塊設備上信息是如何組織的, 以便能表示一棵目錄與文件的樹. 這樣的實體不是設備驅動, 因為沒有明確的設備與信息擺放方式相聯系; 文件系統類型卻是一種軟件驅動, 因為它將低級數據結構映射為高級的數據結構. 文件系統決定一個文件名多長, 以及在一個目錄入口中存儲每個文件的什么信息. 文件系統模塊必須實現最低級的系統調用, 來存取目錄和文件, 通過映射文件名和路徑( 以及其他信息, 例如存取模式 )到保存在數據塊中的數據結構. 這樣的一個接口是完全與數據被傳送來去磁盤( 或其他介質 )相互獨立, 這個傳送是由一個塊設備驅動完成的.
如果你考慮一個 Unix 系統是多么依賴下面的文件系統, 你會認識到這樣的一個軟件概念對系統操作是至關重要的. 解碼文件系統信息的能力處于內核層級中最低級, 并且是最重要的; 甚至如果你為你的新 CD-ROM 編寫塊驅動, 如果你對上面的數據不能運行 ls 或者 cp 就毫無用處. Linux 支持一個文件系統模塊的概念, 其軟件接口聲明了不同操作, 可以在一個文件系統節點, 目錄, 文件和超級塊上進行操作. 對一個程序員來說, 居然需要編寫一個文件系統模塊是非常不常見的, 因為官方內核已經包含了大部分重要的文件系統類型的代碼.
- Linux設備驅動第三版
- 第 1 章 設備驅動簡介
- 1.1. 驅動程序的角色
- 1.2. 劃分內核
- 1.3. 設備和模塊的分類
- 1.4. 安全問題
- 1.5. 版本編號
- 1.6. 版權條款
- 1.7. 加入內核開發社團
- 1.8. 本書的內容
- 第 2 章 建立和運行模塊
- 2.1. 設置你的測試系統
- 2.2. Hello World 模塊
- 2.3. 內核模塊相比于應用程序
- 2.4. 編譯和加載
- 2.5. 內核符號表
- 2.6. 預備知識
- 2.7. 初始化和關停
- 2.8. 模塊參數
- 2.9. 在用戶空間做
- 2.10. 快速參考
- 第 3 章 字符驅動
- 3.1. scull 的設計
- 3.2. 主次編號
- 3.3. 一些重要數據結構
- 3.4. 字符設備注冊
- 3.5. open 和 release
- 3.6. scull 的內存使用
- 3.7. 讀和寫
- 3.8. 使用新設備
- 3.9. 快速參考
- 第 4 章 調試技術
- 4.1. 內核中的調試支持
- 4.2. 用打印調試
- 4.3. 用查詢來調試
- 4.4. 使用觀察來調試
- 4.5. 調試系統故障
- 4.6. 調試器和相關工具
- 第 5 章 并發和競爭情況
- 5.1. scull 中的缺陷
- 5.2. 并發和它的管理
- 5.3. 旗標和互斥體
- 5.4. Completions 機制
- 5.5. 自旋鎖
- 5.6. 鎖陷阱
- 5.7. 加鎖的各種選擇
- 5.8. 快速參考
- 第 6 章 高級字符驅動操作
- 6.1. ioctl 接口
- 6.2. 阻塞 I/O
- 6.3. poll 和 select
- 6.4. 異步通知
- 6.5. 移位一個設備
- 6.6. 在一個設備文件上的存取控制
- 6.7. 快速參考
- 第 7 章 時間, 延時, 和延后工作
- 7.1. 測量時間流失
- 7.2. 獲知當前時間
- 7.3. 延后執行
- 7.4. 內核定時器
- 7.5. Tasklets 機制
- 7.6. 工作隊列
- 7.7. 快速參考
- 第 8 章 分配內存
- 8.1. kmalloc 的真實故事
- 8.2. 后備緩存
- 8.3. get_free_page 和其友
- 8.4. 每-CPU 的變量
- 8.5. 獲得大量緩沖
- 8.6. 快速參考
- 第 9 章 與硬件通訊
- 9.1. I/O 端口和 I/O 內存
- 9.2. 使用 I/O 端口
- 9.3. 一個 I/O 端口例子
- 9.4. 使用 I/O 內存
- 9.5. 快速參考
- 第 10 章 中斷處理
- 10.1. 準備并口
- 10.2. 安裝一個中斷處理
- 10.3. 前和后半部
- 10.4. 中斷共享
- 10.5. 中斷驅動 I/O
- 10.6. 快速參考
- 第 11 章 內核中的數據類型
- 11.1. 標準 C 類型的使用
- 11.2. 安排一個明確大小給數據項
- 11.3. 接口特定的類型
- 11.4. 其他移植性問題
- 11.5. 鏈表
- 11.6. 快速參考
- 第 12 章 PCI 驅動
- 12.1. PCI 接口
- 12.2. 回顧: ISA
- 12.3. PC/104 和 PC/104+
- 12.4. 其他的 PC 總線
- 12.5. SBus
- 12.6. NuBus 總線
- 12.7. 外部總線
- 12.8. 快速參考
- 第 13 章 USB 驅動
- 13.1. USB 設備基礎知識
- 13.2. USB 和 sysfs
- 13.3. USB 的 Urbs
- 13.4. 編寫一個 USB 驅動
- 13.5. 無 urb 的 USB 傳送
- 13.6. 快速參考
- 第 14 章 Linux 設備模型
- 14.1. Kobjects, Ksets 和 Subsystems
- 14.2. 低級 sysfs 操作
- 14.3. 熱插拔事件產生
- 14.4. 總線, 設備, 和驅動
- 14.5. 類
- 14.6. 集成起來
- 14.7. 熱插拔
- 14.8. 處理固件
- 14.9. 快速參考
- 第 15 章 內存映射和 DMA
- 15.1. Linux 中的內存管理
- 15.2. mmap 設備操作
- 15.3. 進行直接 I/O
- 15.4. 直接內存存取
- 15.5. 快速參考
- 第 16 章 塊驅動
- 16.1. 注冊
- 16.2. 塊設備操作
- 16.3. 請求處理
- 16.4. 一些其他的細節
- 16.5. 快速參考
- 第 17 章 網絡驅動
- 17.1. snull 是如何設計的
- 17.2. 連接到內核
- 17.3. net_device 結構的詳情
- 17.4. 打開與關閉
- 17.5. 報文傳送
- 17.6. 報文接收
- 17.7. 中斷處理
- 17.8. 接收中斷緩解
- 17.9. 連接狀態的改變
- 17.10. Socket 緩存
- 17.11. MAC 地址解析
- 17.12. 定制 ioctl 命令
- 17.13. 統計信息
- 17.14. 多播
- 17.15. 幾個其他細節
- 17.16. 快速參考
- 第 18 章 TTY 驅動
- 18.1. 一個小 TTY 驅動
- 18.2. tty_driver 函數指針
- 18.3. TTY 線路設置
- 18.4. ioctls 函數
- 18.5. TTY 設備的 proc 和 sysfs 處理
- 18.6. tty_driver 結構的細節
- 18.7. tty_operaions 結構的細節
- 18.8. tty_struct 結構的細節
- 18.9. 快速參考