Linux字符设备驱动程序(二)---------实现open,read,write,llseek函数

1.open函数

我们从inode中获取scull_dev指针，并将其赋给filp->private_data,这样在其它文件函数中便可以知道当前正在操作的设备文件。

如果是只写方式打开文件，我们还要清空设备文件的内存。

2.read函数

从对应设备中读取内容，这里要判断当前文件位置f_pos和读取的长度count在文件中是否有内容，如果没有内容返回0，示意文件结束。

3.write函数

判断要写入的位置是否有内存，如果没有内存要分配内存。写入成功后要更新文件长度dev->size

4.llseek函数

移动filp中的当前文件指针。

更详细的说明在注释中给出。

实现了open,read,write,llseek函数后scull.c代码如下:

#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/init.h>

#include <linux/kernel.h>    /* printk() */
#include <linux/slab.h>        /* kmalloc() */
#include <linux/fs.h>        /* everything... */
#include <linux/errno.h>    /* error codes */
#include <linux/types.h>    /* size_t */
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/fcntl.h>    /* O_ACCMODE */
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/cdev.h>

#include <asm/system.h>        /* cli(), *_flags */
#include <asm/uaccess.h>    /* copy_*_user */

#include "scull.h"        /* local definitions */

int scull_major = SCULL_MAJOR;
int scull_minor = 0;
int scull_nr_devs = SCULL_NR_DEVS;
int scull_quantum = SCULL_QUANTUM;
int scull_qset = SCULL_QSET;

module_param(scull_major, int, S_IRUGO);
module_param(scull_minor, int, S_IRUGO);
module_param(scull_nr_devs, int, S_IRUGO);
module_param(scull_quantum, int, S_IRUGO);
module_param(scull_qset, int, S_IRUGO);

MODULE_AUTHOR("Alessandro Rubini, Jonathan Corbet");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

struct scull_dev *scull_devices;

/*从scull_dev的内存链表中查找第n个并返回*/
struct scull_qset *scull_follow(struct scull_dev *dev,int n)
{
    struct scull_qset *qs = dev->data;
    
    if(!qs) /*设备首元素为空,分配内存*/
    {
        qs = dev->data = kmalloc(sizeof(struct scull_qset),GFP_KERNEL);
        if(NULL == qs)
            return NULL;

        memset(qs,0,sizeof(struct scull_qset));
    }

    while(n--) /*遍历链表,返回第n个*/
    {
        if(!qs->next)
        {
            qs->next = kmalloc(sizeof(struct scull_qset),GFP_KERNEL);
            if(NULL == qs->next)
                return NULL;

            memset(qs->next,0,sizeof(struct scull_qset));
        }

        qs = qs->next;
    }

    return qs;
}

/*清除scull_dev的内存*/
int scull_trim(struct scull_dev *dev)
{
    struct scull_qset *next,*dptr;
    int qset = dev->qset;
    int i;
    
    for(dptr = dev->data;dptr;dptr = next)
    {
        if(dptr->data)
        {
            for(i = 0;i < qset;i++)
            {
                if(dptr->data[i])
                    kfree(dptr->data[i]);
            }
            kfree(dptr->data);
        }

        next = dptr->next;
        kfree(dptr);
    }

    dev->size = 0;
    dev->qset = scull_qset;
    dev->quantum = scull_quantum;
    dev->data = NULL;

    return 0;
}

loff_t scull_llseek(struct file *filp,loff_t off,int whence)
{
    struct scull_dev *dev = filp->private_data;
    loff_t newpos;

    switch(whence) {
      case 0: /* SEEK_SET */
        newpos = off;
        break;

      case 1: /* SEEK_CUR */
        newpos = filp->f_pos + off;
        break;

      case 2: /* SEEK_END */
        newpos = dev->size + off;
        break;

      default: /* can't happen */
        return -EINVAL;
    }
    if (newpos < 0) return -EINVAL;
    filp->f_pos = newpos;
    return newpos;
}

ssize_t scull_read(struct file *filp,char __user *buf,size_t count,
            loff_t *f_pos)
{
    struct scull_dev *dev = (struct scull_dev *)filp->private_data;
    struct scull_qset *dptr;
    int quantum = dev->quantum,qset = dev->qset;
    int itemsize = quantum * qset; /*一个qset的字节大小*/
    int item,s_pos,q_pos,rest;
    ssize_t retval = 0;
    
    if(down_interruptible(&dev->sem))
        return -ERESTARTSYS;

    /*当前文件 指针已经超过了文件的长度*/
    if(*f_pos >= dev->size)
        goto out;

    /*要读取的文件长度加上当前文件偏移超长*/
    if(*f_pos + count > dev->size)
        count = dev->size - *f_pos;

     /*计算当前位置在链表的第几项*/
    item = (long)*f_pos / itemsize;

    /*计算在qset的第几项,和在某项中的起始位置*/
    rest = (long)*f_pos % itemsize;
    s_pos = rest / quantum; q_pos = rest % quantum;

    
    dptr = scull_follow(dev,item);
    /*还没有数据*/
    if(dptr == NULL || !dptr->data || !dptr->data[s_pos])
        goto out;

    /*读取的长度超过了此项的内存大小,只读取本项数据*/
    if(count > quantum - q_pos)
        count = quantum - q_pos;

    /*将数据copy到用户空间buf*/
    if(copy_to_user(buf,dptr->data[s_pos]+q_pos,count))
    {
        retval = -EFAULT;
        goto out;
    }

    *f_pos += count;
    retval = count;

out:
    up(&dev->sem);
    return retval;
}

ssize_t scull_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,
                loff_t *f_pos)
{
    struct scull_dev *dev = filp->private_data;
    struct scull_qset *dptr;
    int quantum = dev->quantum, qset = dev->qset;
    int itemsize = quantum * qset;
    int item, s_pos, q_pos, rest;
    ssize_t retval = -ENOMEM; /* value used in "goto out" statements */

    if (down_interruptible(&dev->sem))
        return -ERESTARTSYS;

    /* 查找所在的链表位置item,和在某一个qset中的 s_pos和在某一项中的q_pos */
    item = (long)*f_pos / itemsize;
    rest = (long)*f_pos % itemsize;
    s_pos = rest / quantum; q_pos = rest % quantum;

    /* 查到位置,如果需要并分配内存*/
    dptr = scull_follow(dev, item);
    if (dptr == NULL)
        goto out;
    if (!dptr->data) {
        dptr->data = kmalloc(qset * sizeof(char *), GFP_KERNEL);
        if (!dptr->data)
            goto out;
        memset(dptr->data, 0, qset * sizeof(char *));
    }
    if (!dptr->data[s_pos]) {
        dptr->data[s_pos] = kmalloc(quantum, GFP_KERNEL);
        if (!dptr->data[s_pos])
            goto out;
    }
    
    /* 如果要写的内容超过了本项的剩余空间,只写满本项*/
    if (count > quantum - q_pos)
        count = quantum - q_pos;

    /*从用户空间拷贝数据*/
    if (copy_from_user(dptr->data[s_pos]+q_pos, buf, count)) {
        retval = -EFAULT;
        goto out;
    }
    
    *f_pos += count;
    retval = count;

        /* update the size */
    if (dev->size < *f_pos)
        dev->size = *f_pos;

  out:
    up(&dev->sem);
    return retval;
}

int scull_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp,
                 unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    printk(KERN_NOTICE "[SCULL] scull_ioctl for minor [%d]\r\n",(int)filp->private_data);

    return 0;
}

int scull_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct scull_dev *dev;

     /*从inode的cdev中得到我们的scull_dev指针*/
    dev = container_of(inode->i_cdev,struct scull_dev,cdev);

    /* 将scull_dev赋值给private_data,为其它函数准备*/    
    filp->private_data = dev;

    /*如果以只写方式打开文件,将scull_dev的设备内存清空*/
    if((filp->f_flags & O_ACCMODE) == O_WRONLY)
    {
        /*获取信号量失败,返回重启系统调用*/
        if(down_interruptible(&dev->sem))
            return -ERESTARTSYS;

        /*清空内存并释放信号量*/
        scull_trim(dev);
        up(&dev->sem);
    }

    return 0;
}

int scull_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}

struct file_operations scull_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .llseek = scull_llseek,
    .read = scull_read,
    .write = scull_write,
    .ioctl = scull_ioctl,
    .open = scull_open,
    .release = scull_release,
};
void scull_cleanup_module(void)
{
    int i;
    dev_t devno = MKDEV(scull_major,scull_minor);

    if(scull_devices)
    {
        for(i = 0;i < scull_nr_devs;i++)
        {
            scull_trim(&scull_devices[i]);
            cdev_del(&scull_devices[i].cdev);
        }
        kfree(scull_devices);
    }

    unregister_chrdev_region(devno,scull_nr_devs);
}

/*安装scull_dev,将scull_dev驱动程序与设备号建立联系。*/
static void scull_setup_cdev(struct scull_dev *dev,int index)
{
    int err,devno = MKDEV(scull_major,scull_minor + index);

    cdev_init(&dev->cdev,&scull_fops);
    dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
    dev->cdev.ops = &scull_fops;
    err = cdev_add(&dev->cdev,devno,1);

    if(err)
    {
        printk(KERN_NOTICE "Err %d adding scull %d\n",err,index);
    }
        
}

int scull_init_module(void)
{
    int result,i;
    dev_t dev = 0;
    
    if(scull_major) /*静态设备号*/
    {
        dev = MKDEV(scull_major,scull_minor);
        result = register_chrdev_region(dev,scull_nr_devs,"scull");
    }
    else /*动态设备号*/
    {
        result = alloc_chrdev_region(&dev,scull_minor,scull_nr_devs,"scull");
        scull_major = MAJOR(dev);
    }

    if(result < 0)
    {
        printk(KERN_INFO "[SCULL] can't get major %d\n",scull_major);
        return result;
    }

    scull_devices = kmalloc(scull_nr_devs * sizeof(struct scull_dev),GFP_KERNEL);
    if(!scull_devices)
    {
        result = -ENOMEM;
        goto fail;
    }
    memset(scull_devices,0,scull_nr_devs * sizeof(struct scull_dev));

    for(i = 0;i < scull_nr_devs;i++)
    {
        scull_devices[i].quantum = scull_quantum;
        scull_devices[i].qset = scull_qset;
        init_MUTEX(&scull_devices[i].sem);
        scull_setup_cdev(&scull_devices[i],i);
    }

    
    return 0;
    
    fail:
        scull_cleanup_module();
        return result;
}

module_init(scull_init_module);
module_exit(scull_cleanup_module);

验证:

1.编译安装模块

2.创建设备文件/dev/scull0

3.向设备文件写入内容

[root@localhost dev]# echo "1111111111111111111111111111111111111112222222222222222222333333333333" > /dev/scull0

4.读取设备文件内容

[root@localhost dev]# cat /dev/scull0
1111111111111111111111111111111111111112222222222222222222333333333333