用户空间访问字符设备的过程

在这里我分析应用程序如何访问字符设备，了解其整个过程，通过这个分析，对字符驱动的了解会提升很多。

用户访问字符设备的大概流程：

用户 --------->> VFS --------->> 设备驱动

用户空间--->linux系统调用---->间接调用cdev.file_operation的对应函数。

 

下面我们以用户指行open("/dev/leds", 0)来跟踪一下：用户open("/dev/leds", 0) ---> 软中断进入内核空间 ---> inode->cdev->file_operation->open(struct inode *, struct file *) ---> 返回用户空间

用户执行open，先写系统调用号和参数到寄存器，然后指行软中断指令，也就是所谓的系统调 用。内核读取字符设备文件/dev/leds，也就是读取文件的inode，同时创建一个file结构体来辅助对这个打开了的文件进行操作,inode的 对象是文件，代表一个文件，存放文件的相关信息。而file代表的是一个打开了的文件，内核打开文件时创建，传递给文件操作的所有函数。而主设备号对应设 备的驱动程序，次设备号对应该驱动所操作的一个设备，这样就确保使用了正确的驱动来操作对应的设备。内核通过inode找到cdev结构体，通过cdev 找到file_operation,最终找到并调用file_operation里面的open(struct inode *, struct file *)，指行完毕后返回用户空间，通过约定的寄存器存放返回值，完成一次系统调用。

 

附录：

用户空间：

程序运行在用户空间，以普通权限运行，不能直接访问硬件或者内核空间，那么用户程序想要访问设备，就得通过系统调用来陷入内核空间访问设备。

 

系统调用：

linux中每个系统调用都赋予一个独一无二的系统调用号，用户程序指行系统调用的时候，就 是通过指明系统调用号，内核从不关心系统调用的名称。这个类似于进程的pid，用一个数字来标识一个系统调用。用户程序通过特定的寄存器来传递系统调用号 和参数，然后指行软中断，引发一个异常，系统切换到内核态指行异常处理程序（就是系统调用的那个函数），指行完毕，通过寄存器存放返回值，返回用户空间， 完成了一次系统调用。系统调用号和对应的函数可以在中找到。其实自己添加一个系统调用也很简单。

 

inode:

inode对象包含了内核在操作文件时需要的全部信息，其实它代表一个文件。VFS的超级块是代表一个文件系统。

 

file：

代表一个打开的文件，打开文件时由内核创建，传递给任何操作该文件的函数，文件关闭则释放关联的file结构体。存放的是文件相关的辅助信息，是对inode的补充。

 

cdev：

描述字符设备，与字符设备对应。模块加载或卸载就是对它进行操作。它内嵌一个kobject对象。kobject是设备管理机制。

 

file_operation结构体：

文件操作接口的集合，它的成员函数是字符设备驱动程序编写的主体内用，这些函数对应与用户程序的open,write,read,close等函数，这些函数的指行最终会调用file_operation对应的函数来指行。

设备编号：

主设备号对应驱动程序，次设备号对应一个设备，在2.6中，用一个设备编号dev_t表示，主设备号是dev_t的高12位，次设备是低20位。