以下读书笔记内容摘自宋宝华《Linux设备驱动开发详解》一书。

file_operations结构体在字符设备驱动的地位

 

file_operations结构体的定义

此结构体定义在x210kernel/include/linux/fs.h文件中。

struct file_operations {struct module *owner;loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);int (*open) (struct inode *, struct file *);int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);int (*release) (struct inode *, struct file *);int (*fsync) (struct file *, int datasync);int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);int (*fasync) (int, struct file *, int);int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);int (*check_flags)(int);int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);
};

（1）llseek()函数

• 用来修改一个文件的当前读写位置，并将新位置返回。
• 出错时，这个函数返回一个负值。

（2）read()函数

• 用来从设备中读取数据，成功时函数返回读取的字节数，出错时返回一个负值。
• 它与用户空间应用程序中的size_t read(int fd,void* buf,size_t count)和size_t fread(void* ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE* stream)。

（3）write()函数

• 向设备发送数据，成功时该函数返回写入的字节数。如果此函数未被实现，当用户进行 write()系统调用时，将得到-EINVAL 返回值。
• 它与用户空间应用程序中的size_t write(int fd,const void* buf,size_t count)和size_t fwrite(……);

（4）readdir()函数

• 仅用于目录，设备节点不需要实现它。

（5）ioctl()函数，即IO控制函数

• 提供设备相关控制命令的实现（既不是读操作也不是写操作），当调用成功时，返回给调用程序一个非负值。
• 内核本身识别部分控制命令，而不必调用设备驱动中的ioctl()。
• 如果设备不提供 ioctl()函数，对于内核不能识别的命令，用户进行 ioctl()系统调用时将获得-EINVAL 返回值。
• 它与用户空间应用程序中的int fcntl(……)和int ioctl(……)

（6）mmap()函数

• 将设备内存映射到进程的内存中（即进程的虚拟地址空间中），如果设备驱动未实现此函数，用户进行 mmap()系统调用时将获得-ENODEV 返回值。
• 这个函数对于帧缓冲等设备特别有意义。帧缓冲被映射到用户空间后，应用程序可以直接访问它而无需在内核与应用间进行内存复制。
• 和用户空间应用程序中的void* mmap(……)函数对应。

（7）poll()函数

• 一般用于询问设备是否可被非阻塞地立即读写。当询问的条件未触发时，用户空间进行 select()和 poll()系统调用将引起进程的阻塞。

（8）aio_read()和 aio_write()函数

• 分别对与文件描述符对应的设备进行异步读、写操作。
• 设备实现这两个函数后，用户空间可以对该设备文件描述符调用 aio_read()、aio_write()等系统调用进行读写。

（9）open()函数

• 当用户空间调用 Linux API 函数 open()打开设备文件时，设备驱动的 open()函数最终被调用。
• 驱动程序可以不实现这个函数，在这种情况下，设备的打开操作永远成功。
• 与 open()函数对应的是 release()函数。