LDD3源码分析之llseek分析
http://blog.csdn.net/liuhaoyutz/article/details/7402857
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：
第一个参数fd是要操作的文件描述符。
- off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
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：
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。
- 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}
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：
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。
- 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}
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。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：
第一个参数fd是要操作的文件描述符。
- off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
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：
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。
- 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}
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：
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。
- 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}
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。