LDD3源码分析之llseek分析

作者：刘昊昱 

博客：http://blog.csdn.net/liuhaoyutz

编译环境：Ubuntu 10.10

内核版本：2.6.32-38-generic-pae

LDD3源码路径：examples/scull/main.c

 

本文分析LDD3第6章的llseek函数。

一、用户空间的lseek函数

要理解驱动中llseek函数的实现，必须先清楚对应的用户空间中lseek函数的用法，lseek函数函数原型如下：

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
第一个参数fd是要操作的文件描述符。

第二个参数指定文件操作指针的偏移量。注意，文件的读和写使用的是同一个文件操作指针。

第三个参数指定移动文件操作指针的参考点。这个参数通常取值为以下宏：

SEEK_SET：表示相对文件起始位置。

SEEK_CUR：表示相对文件操作指针当前位置。

SEEK_END：表示相对文件结束位置。

下面先来看一个用户空间测试程序llseek_test.c的实现，这个程序用来测试scull的定位功能，其代码如下：

 1#include <stdio.h>
 2#include <unistd.h>
 3#include <fcntl.h>
 4#include <string.h>
 5#include <sys/types.h>
 6#include <sys/stat.h>
 7
 8#define BUF_SIZE 50
 9#define DEVICE_FILE "/dev/scull"
10
11int main(int argc, char *argv[])
12{
13    int fd;
14    int num;
15    char buf[BUF_SIZE];
16
17    fd = open(DEVICE_FILE, O_RDWR);
18    if(fd < 0)
19    {
20        printf("open scull error!\n");
21        return -1;
22    }
23
24    memset(buf, 0, BUF_SIZE);
25    num = read(fd, buf, BUF_SIZE);
26    buf[num] = 0;
27    printf("%s\n", buf);
28
29    lseek(fd, 2, SEEK_SET);
30    write(fd, "aa", 2);
31    num = read(fd, buf, BUF_SIZE);
32    buf[num] = 0;
33    printf("%s\n", buf);
34
35    lseek(fd, 2, SEEK_SET);
36    num = read(fd, buf, BUF_SIZE);
37    buf[num] = 0;
38    printf("%s\n", buf);
39
40    lseek(fd, 0, SEEK_SET);
41    lseek(fd, 2, SEEK_CUR);
42    num = read(fd, buf, BUF_SIZE);
43    buf[num] = 0;
44    printf("%s\n", buf);
45
46    lseek(fd, 0, SEEK_SET);
47    lseek(fd, 0, SEEK_END);
48    memset(buf, 0, BUF_SIZE);
49    printf("read return value is %d.\n", read(fd, buf, BUF_SIZE));
50
51    return 0;
52}

这个程序很简单，主要关注一下lseek函数是怎样移动文件操作指针的。

第29行，使用SEEK_SET宏，将文件操作指针移动到文件起始位置加上2个字节处。

第30行，写入两个字符’a’。

第41行，使用SEEK_CUR宏，将文件操作指针移动到文件操作指针当前位置加上2个字节处。

第47行，使用SEEK_END宏，将文件操作指针移动到文件结束处。

第49行，打印read的返回值，当文件操作指针在文件结束处时，read返回0。

下图是使用llseek_test测试scull设备的定位功能的过程：

这里需要说明的一点是，从上面的输出信息可以看出，对文件的read和write操作使用的是同一个文件操作指针。

二、驱动程序中llseek函数的实现

用户空间的lseek函数的定位功能在驱动程序中是由llseek函数实现的。注意，要完成对文件的定位操作，还需要read、write函数的配合，读写完成后必须更新文件操作指针位置。

即使驱动程序中没有实现llseek函数，有某些情况下，设备也是可以完成定位操作的，内核通过修改filp->f_pos来执行定位，filp->f_pos是文件的当前读写位置。但是，如果定位操作需要涉及设备的物理操作，就必须实现llseek函数了。scull设备的llseek函数代码如下：

523loff_t scull_llseek(struct file *filp, loff_t off, int whence)
524{
525    struct scull_dev *dev = filp->private_data;
526    loff_t newpos;
527
528    switch(whence) {
529      case 0: /* SEEK_SET */
530        newpos = off;
531        break;
532
533      case 1: /* SEEK_CUR */
534        newpos = filp->f_pos + off;
535        break;
536
537      case 2: /* SEEK_END */
538        newpos = dev->size + off;
539        break;
540
541      default: /* can't happen */
542        return -EINVAL;
543    }
544    if (newpos < 0) return -EINVAL;
545    filp->f_pos = newpos;
546    return newpos;
547}

这里唯一与设备相关的操作就是第538行，取得设备文件的大小。同时，我们在前面的文章中分析过，scull的read和write函数读写文件后，总是更新文件操作指针的位置，定位功能需要llseek与read、write的配合。

对于某些设备文件来说，定位功能是没有意义的，例如键盘。对于这些设备，我们不能简单地不实现llseek函数，因为默认方法是允许通过filp->f_pos定位的。我们应该在我们的open函数中调用nonseekable_open，通知内核设备不支持llseek。该函数的函数原型如下：

int nonseekable_open(struct inode *inode; struct file *filp);

另外，为完整起见，我们还应该将file_operations结构中的llseek方法设置为特殊的辅助函数no_llseek。