从Linux的tty_struct指针获取驱动上下文

背景

问题

前段时间开发一个tty驱动，用途是实现仪器对GPIB消息的接收、处理和上报。对于上报场景，下位机应用将上报内容写入一个驱动创建的tty设备，tty子系统将应用的输入转发给tty驱动，tty驱动将其转换成对SPI从设备（即GPIB扩展板）的写入，SPI从设备再将收到的SPI消息转换成GPIB消息发送给上位机。

实现tty_operations的write接口时，我是这么获取驱动上下文的：

struct gpib_tty_ctx {
    struct tty_port port;
    struct tty_struct mgr;  // 其实是无效的成员
    struct tty_driver *tty_drv;
    struct spi_device *spi_dev;
    struct gpib_spi_ctx *spi_ctx;
    struct mutex tty_lock;
    u32 activated:1;
    const u8 *pend_tx_buf;
    u32 pend_tx_len;
};

static int gpib_tty_write(struct tty_struct * tty, const unsigned char *buf, int count)
{
    struct gpib_tty_ctx *ctx = container_of(tty, struct gpib_tty_ctx, mgr);
    // 通过ctx指针访问上下文结构体gpib_tty_ctx的驱动私有字段，完成write功能
    return count;
}

但是实际执行的时候，触发了空指针异常，且空指针的值并不是0x0这种典型值，而是带一点偏移。

问题定位

经定位，是我对tty子系统的理解有问题，write方法的第一个入参tty，并不是gpib_tty_ctx的struct tty_struct mgr成员的地址，而是tty子系统在运行时自动创建的一个匿名tty_struct对象的地址！因此我用container_of宏获取到的gpib_tty_ctx对象地址也是一个无效地址！

解决

注意到tty_struct结构体包含一个类型为struct tty_port的指针port：

struct tty_struct {
    struct kref kref;
    int index;
    struct device *dev;
    struct tty_driver *driver;
    struct tty_port *port;   // 指向用户驱动创建并初始化的tty_port对象
    const struct tty_operations *ops;
    struct tty_ldisc *ldisc;
    struct ld_semaphore ldisc_sem;
    // ...
};

它应该就是指向驱动之前创建并初始化的gpib_tty_ctx.port对象，这个对象本身是没有被复制的，因此我可以将这个指针传递给container_of宏：

struct gpib_tty_ctx *ctx = container_of(tty->port, struct gpib_tty_ctx, port);

经测试，新的container_of宏返回了正确的驱动上下文地址。

总结

1. tty_struct指针类似于file_operations接口的open方法的输出参数file指针，都对应内核自动分配的一个对象，其地址是不可以用于container_of宏的，但是它的成员private_data可以用于container_of宏，因为后者的值是驱动填写的。
2. container_of宏的第一个参数是结构体成员的地址，这个结构体成员一般是个对象，不建议选地址类成员，因为如果是地址，则该成员很可能是复制过的，那么你通过给container_of宏提供二级指针（指针成员的地址就是二级指针）获取的ctx对象，很可能是错的。