【006 Linux内核】应用程序中open()在linux中执行过程中是如何从用户空间到内核空间？

一、前言

应用程序运行在用户空间，而 Linux 驱动运行于内核空间。当我们在用户空间想要实现对内核的操作，比如使用 open 函数打开/dev/led 这个驱动，由于用户空间不能直接对内核进行操作，因此必须使用一个叫做 “系统调用” 的方法来实现从用户空间“陷入”到内核空间，这样才能实现对底层驱动的操作。

索引节点对象代表一个具体文件，由struct inode结构体表示，定义在linux/fs.h中。

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二、具体过程

用户空间使用open()系统调用函数打开一个字符设备时（ int fd = open("dev/demo", O_RDWR) ）大致有以下过程：

1. VFS层接收open()系统调用，在虚拟文件系统VFS中的查找与字符设备对应 struct inode节点；
2. 遍历字符设备列表（chardevs数组），根据inod节点中的 cdev_t设备号找到cdev对象；
3. 创建struct file对象，与打开文件的文件描述符是相关联的，它们共同用于标识和管理打开的文件；
4. 初始化struct file对象，将 struct file对象中的 file_operations成员（指针）指向字符设备驱动 struct cdev对象中的 file_operations成员（file->fops =  cdev->fops）；
5. 回调file->fops->open函数。
6. 任务完成，VFS层会给应用返回一个文件描述符（fd）。这个fd是和struct file结构体对应的。
7. 应用程序使用 fd 调用 read()/write() 等读写函数，VFS层再回调 file->fops->read()/write() 函数，调用字符设备驱动读写。

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三、参考内容

1.Linux 字符设备驱动结构（三）—— file、inode结构体及chardevs数组等相关知识解析_发如雪Jay的博客-CSDN博客

2.Linux字符设备中的两个重要结构体（file、inode）_clam_zxf的博客-CSDN博客

3.linux字符设备驱动之open()函数_d_backing_inode_麻辣小新的博客-CSDN博客