Linux源码阅读笔记16-文件系统关联及字符设备操作

文件系统关联

设备文件都是由标准函数处理，类似普通文件。设备文件也是通过虚拟文件系统来管理的，和普通文件都是通过完全相同的接口访问的。

inode中设备文件的成员数据

虚拟文件系统每个文件都关联到一个inode，用于管理文件的属性。源码如下：

唯一地标识与一个设备文件关联的设备，内核在i_mode中存储文件类型（面向块，面向字符），而且在i_rdev中存储主从设备号。主从设备号在内核中合并为一种变量类型为dev*_t。
在内核开发当中认为必要的时候会进行修改，只应该使用两个函数imajor和iminor来从i_rdev提取主设备号和从设备号，这两个函数都只需要一个指向inode实例的指针作为参数。
const struct file_operations* i_fop是一组函数指针的集合，包括许多文件操作（打开，读取，写入等等），这些由虚拟文件系统使用来处理块设备。内核会根据inode表示块设备还是字符设备，使用i_bdev或i_cdev指向更具体的信息。

实际上，inode是VFS使用的一个现象，用于存放内核在操作文件或目录时所需要的全部信息。索引节点有两种：一种是VFS节点，存在内核中；另一种具体文件系统的索引节点，存在磁盘当中，使用时将其读入内存填充VFS节点，之后对VFS索引节点的任何修改都将写回磁盘和磁盘的索引节点。

标准文件操作

在打开一个设备文件时，各种文件系统的实现基本都会调用init_special_inode函数，为块设备或字符设备创建一个inode。具体源码如下：

void init_special_inode(struct inode *inode, umode_t mode, dev_t rdev)
{inode->i_mode = mode;if (S_ISCHR(mode)) {inode->i_fop = &def_chr_fops;inode->i_rdev = rdev;} else if (S_ISBLK(mode)) {inode->i_fop = &def_blk_fops;inode->i_rdev = rdev;} else if (S_ISFIFO(mode))inode->i_fop = &pipefifo_fops;else if (S_ISSOCK(mode));	/* leave it no_open_fops */elseprintk(KERN_DEBUG "init_special_inode: bogus i_mode (%o) for"" inode %s:%lu\n", mode, inode->i_sb->s_id,inode->i_ino);
}
EXPORT_SYMBOL(init_special_inode);

除了通过mode传递进来的设备类型之外，底层文件系统还必须返回主从设备号。代码中会根据设备类型，向inode提供不同的文件操作。

字符设备标准操作

每个设备文件都需要一组独立、自定义操作。具体源码如下：

/** Dummy default file-operations: the only thing this does* is contain the open that then fills in the correct operations* depending on the special file...*/
const struct file_operations def_chr_fops = {.open = chrdev_open,.llseek = noop_llseek,
};

块设备标准操作

与自负设备相比，块设备操作的指针会集中到一个叫做blk_fops通用的结构体。具体源码如下：

const struct file_operations def_blk_fops = {.open		= blkdev_open,.release	= blkdev_close,.llseek		= block_llseek,.read_iter	= blkdev_read_iter,.write_iter	= blkdev_write_iter,.iopoll		= blkdev_iopoll,.mmap		= generic_file_mmap,.fsync		= blkdev_fsync,.unlocked_ioctl	= block_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT.compat_ioctl	= compat_blkdev_ioctl,
#endif.splice_read	= generic_file_splice_read,.splice_write	= iter_file_splice_write,.fallocate	= blkdev_fallocate,
};