07 字符设备与块设备驱动程序
设备驱动程序简介
设备驱动程序简介1.设备驱动程序的作⽤从⼀个⾓度看，设备驱动程序的作⽤在于提供机制，⽽不是策略。
在编写驱动程序时，程序猿应该特别注意以下这个基本概念：编写訪问硬件的内核代码时，不要给⽤户强加不论什么特定策略。
由于不同的⽤户有不同的需求，驱动程序应该处理如何使硬件可⽤的问题。
⽽将如何使⽤硬件的问题留给上层应⽤程序。
从还有⼀个⾓度来看驱动程序。
它还能够看作是应⽤程序和实际设备之间的⼀个软件层。
总的来说，驱动程序设计主要还是综合考虑以下三个⽅⾯的因素：提供给⽤户尽量多的选项、编写驱动程序要占⽤的时间以及尽量保持程序简单⽽不⾄于错误丛⽣。
2.内核功能划分Unix系统⽀持多进程并发执⾏。
每⼀个进程都请求系统资源。
内核负责处理全部这些请求，依据内核完毕任务的不同，可将内核功能分为例如以下⼏部分：1.进程管理：负责创建和销魂进程。
并处理它们和外部世界之间的连接。
内核进程管理活动就是在单个或多个CPU上实现了多个进程的抽象。
2.内存管理：内存是计算机的主要资源之中的⼀个，⽤来管理内存的策略是决定系统系能的⼀个关键因素。
3.⽂件系统：内核在没有结构的硬件上构造结构化的⽂件系统。
⽽⽂件抽象在整个系统中⼴泛使⽤。
4.设备控制：差点⼉每个系统操作终于都会映射到物理设备上。
5.⽹络功能：⽹络功能也必须由操作系统来管理，系统负责在应⽤程序和⽹络接⼝之间传递数据包，并依据⽹络活动控制程序的运⾏。
全部的路由和地址解析问题都由内核处理。
可装载模块：Linux有⼀个⾮常好的特性：内核提供的特性可在执⾏时进⾏扩展。
可在执⾏时加⼊到内核的代码被称为“模块”。
Linux内核⽀持⼏种模块类型。
包含但不限于设备驱动程序。
每⼀个模块由⽬标代码组成，能够使⽤insmod程序将模块连接到正在执⾏的内核，也能够使⽤rmmod程序移除连接。
3.设备和模块的分类Linux系统将设备分成三个基本类型：字符设备、块设备、⽹络接⼝。
1.字符设备：字符设备驱动程序通常⾄少要实现open、close、read和write系统调⽤。
C语言设备驱动编程入门
C语言设备驱动编程入门C语言设备驱动编程是一项常见的技术，用于编写操作系统的设备驱动程序。
设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，它负责将用户操作转化为硬件设备能够理解和执行的指令。
本文将介绍C语言设备驱动编程的基本概念和入门知识，帮助读者了解并入门这一重要的编程技术。
一、设备驱动程序概述设备驱动程序是操作系统的一部分，它与操作系统内核紧密结合，用于实现对硬件设备的控制和管理。
设备驱动程序通常由硬件设备制造商提供，或者由操作系统开发者开发。
它负责处理硬件设备与操作系统之间的通信，使得用户能够方便地操作硬件设备。
设备驱动程序可以分为字符设备驱动和块设备驱动两种类型。
字符设备驱动用于处理流式数据的设备，如键盘、鼠标等；块设备驱动用于处理以块为单位的数据的设备，如硬盘、U盘等。
不同类型的设备驱动程序在实现上有所不同，但都需要用C语言编写。
二、设备驱动程序的基本结构设备驱动程序的基本结构包括设备初始化、设备打开、设备关闭和设备读写等函数。
下面我们逐步介绍这些函数的作用和实现方法。
1. 设备初始化函数设备初始化函数负责对设备进行初始化，包括设备的寄存器配置、中断设置等。
在这个函数中，我们需要了解硬件设备的相关规格和特性，并根据需要进行适当的配置。
2. 设备打开函数设备打开函数在设备被用户程序打开时被调用，它负责向操作系统申请资源，并进行相应的设置，例如打开文件、分配内存等。
3. 设备关闭函数设备关闭函数在设备被用户程序关闭时被调用，它负责释放设备所占用的资源，如释放文件占用的内存、关闭文件等。
4. 设备读写函数设备读写函数是设备驱动程序的核心部分，它负责设备与用户程序之间的数据交换。
设备读函数用于从设备中读取数据，设备写函数用于向设备中写入数据。
三、设备驱动程序的编写步骤编写设备驱动程序需要经过以下几个步骤：1. 了解硬件设备在编写设备驱动程序之前，我们需要详细了解硬件设备的规格和特性，包括硬件寄存器的地址、中断向量等。
Linux内核目录文件简介
Linux V0.11目录文件简介●Makefile文件：该文件是编译辅助工具软件make的参数配置文件。
●boot目录：功能是当计算机加电时引导内核启动，将内核代码加载到内存中，并做一些进入入32位保护运行方式前的系统初始化工作。
①Bootsect.s：磁盘引导块程序，驻留磁盘第一个扇区。
0x7C00②Setup.s：读取机器的硬件配置参数，并把内核模块system移动到适当的内存位置处。
③Head.s：被编译连接在system模块的最前部分，主要进行硬件设备的探测设置和内存管理页面的初始设置工作。
●fs目录：文件系统实现程序的目录。
1、file_table.c文件中，目前仅定义了一个文件句柄（描述符）结构数组。
2、ioctl.c文件将引用kernel/chr_dev/tty.c中的函数，实现字符设备的io控制功能。
3、exec.c程序主要包含一个执行程序函数do_execve()，它是所有exec()函数簇中的主要函数。
4、fcntl.c程序用于实现文件i/o控制的系统调用函数。
5、read_write.c程序用于实现文件读/写和定位三个系统调用函数。
6、stat.c程序中实现了两个获取文件状态的系统调用函数。
7、open.c程序主要包含实现修改文件属性和创建与关闭文件的系统调用函数。
8、char_dev.c主要包含字符设备读写函数rw_char()。
9、pipe.c程序中包含管道读写函数和创建管道的系统调用。
10、file_dev.c程序中包含基于i节点和描述符结构的文件读写函数。
11、namei.c程序主要包括文件系统中目录名和文件名的操作函数和系统调用函数。
12、block_dev.c程序包含块数据读和写函数。
13、inode.c程序中包含针对文件系统i节点操作的函数。
14、truncate.c程序用于在删除文件时释放文件所占用的设备数据空间。
15、bitmap.c程序用于处理文件系统中i节点和逻辑数据块的位图。
实验七 添加设备驱动_计算机操作系统实验指导（Linux版）_[共4页]
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110 分是关于中断次数的。
这一部分中记录了从系统启动后到当前时刻发生的系统中断的总次数，以及各类中断分别发生的次数。
这一部分以关键字intr 开头，紧接着的一项是系统发生中断的总次数，之后依次是0 号中断发生的次数，1 号中断发生的次数……其中缺页中断是第14号中断，也就是在关键字intr 之后的第16 项。
该实验可以利用stat 文件提供的数据，在一段时间的开始时刻和结束时刻分别读取缺页中断发生的次数，然后做一个减法操作，就可以得出这段时间内发生缺页中断的次数。
由于stat文件的数据是由系统动态更新的，过去时刻的数据是无法采集到的，所以这里的开始时刻最早也只能是当前时刻，实验中采用的统计时间段就是从当前时刻开始的一段时间。
2．统计缺页中断次数由于每发生一次缺页，都要进入缺页中断服务函数do_page_fault 一次，所以可以认为执行该函数的次数就是系统发生缺页的次数。
因此可以定义一个全局变量pfcount 作为计数变量，在执行do_page_fault时，该变量值加1。
经历的时间可以利用系统原有的变量jiffies。
这是一个系统的计时器，在内核加载完以后开始计时，以10ms（默认）为计时单位。
借助/proc文件系统来读出变量的值。
在/proc文件系统下建立目录pf，以及在该目录下的文件pfcount 和jiffies。
实验提示请参阅2.5节内存管理完成该实验。
实验七 添加设备驱动实验目的（1）了解Linux设备驱动的管理方式。
（2）了解Linux设备驱动程序的组织结构和设备管理机制。
（3）掌握Linux设备驱动程序的编写方法和过程。
（4）掌握Linux设备驱动程序的加载方法。
实验内容（1）编写字符设备驱动程序，要求能对该字符设备执行打开、读、写、I/O控制和关闭5个基本操作。
（2）编写块设备驱动程序，要求能对该字符设备执行打开、读、写、I/O控制和关闭5个基本操作。
（3）编写一个应用程序，测试添加的字符设备和块设备驱动程序的正确性。
实验七Linux块设备驱动
实验七：Linux块设备驱动块设备是与字符设备并列的概念，这两类设备在Linux中驱动的结构有较大差异，总体而言，块设备驱动比字符设备驱动要复杂得多，在I/O操作上表现出极大的不同，缓冲、I/O调度、请求队列等都是与块设备驱动相关的概念。
本章将详细讲解Linux块设备驱动的编程方法。
1.块设备的I/O操作特点字符设备与块设备I/O操作的不同如下：（1）块设备只能以块为单位接受输入和返回输出，而字符设备则以字节为单位。
大多数设备是字符设备，因为它们不需要缓冲而且不以固定块大小进行操作。
（2）块设备对于I/O请求有对应的缓冲区，因此它们可以选择以什么顺序进行响应，字符设备无须缓冲且被直接读写。
对于存储设备而言调整读写的顺序作用巨大，因为在读写连续的扇区比分离的扇区更快。
（3）字符设备只能被顺序读写，而块设备可以随机访问。
虽然块设备可随机访问，但是对于磁盘这类机械设备而言，顺序地组织块设备的访问可以提高性能。
而对SD卡、RamDisk（RamDisk 是通过使用软件将RAM模拟当做硬盘来使用的一种技术）等块设备而言，不存在机械上的原因，进行这样的调整没有必要。
2.Linux块设备驱动结构2.1.block_device_operations结构体在块设备驱动中，有一个类似于字符设备驱动中file_operations结构体的block_device_operations结构体，它是对块设备操作的集合，定义如代码清单1所示。
代码清单1 block_device_operations结构体下面对其主要的成员函数进行分析。
与字符设备驱动类似，当设备被打开和关闭时将调用它们。
2．IO控制上述函数是ioctl()系统调用的实现，块设备包含大量的标准请求，这些标准请求由Linux 块设备层处理，因此大部分块设备驱动的ioctl()函数相当短。
被内核调用来检查是否驱动器中的介质已经改变，如果是，则返回一个非0值，否则返回0。
块设备和字符设备详解
linux设备驱动分3类：字符设备驱动、块设备驱动、网络设备驱动。
废话少说：直接贴图展示：1、字符设备结构体描述：cdevstruct cdev{struct kobject kobj;/*内嵌的kobject对象*/strcut module *owner;/*所属模块*/struct file_operations *ops;/*文件操作结构体*/struct list_head list;dev_t dev;/*设备号，dev_t实质是一个32位整，12位为主设备号，20位为次设备号，提取主次设备号的方法：MAJOR（dev_t dev），MINOR（dev_t dev），生成dev_t的方法：MKDEV（int major，int minor）*/unsigned int count;};2、linux2.6内核提供了一组函数来操作cdev结构体void cdev_init(struct cdev *,struct file_operations *);/*初始化cdev的成员，并且建立cdev 与file_operation的连接*/struct cdev *cdev_alloc(void);/*动态申请一个cdev的内存空间*/void cdev_put(struct cdev *p);int cdev_add(struct cdev *,dev_t,unsigned);/*添加一个cdev，完成字符的注册*/void cdev_del(struct cdev *);/*删除一个cdev，完成字符的注销*/在调用cdev_add函数向系统注册字符设备之前，应该先调用register_chrdev_region()函数或是alloc_chrdev_region()函数向系统申请设备号；模型为：int register_chrdev_region(dev_t from,unsigned count,const char *name);int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned baseminor,unsigned count,const char*name)在系统调用cdev_del函数从系统注销字符设备后，unregister_chrdev_region()应该释放之前申请的设备号，该函数原型为：unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count)3、关于file_operations的内容请参考下篇分析下面代码是基于虚拟的globalmem设备进行字符设备的分析，具体在linux中设备驱动远要比这个复杂。
郑大《计算机操作系统》在线测试试题(整理)
计算机操作系统标题问题: 文件系统实现文件逻辑地址到物理地址的映射。
错误正确答案: 错误标题问题:P 操作和V操作都是原语操作。
正确错误答案: 错误标题问题: 执行完P操作后，如果信号量值变为0，那么说明相应的资源已无残剩。
正确错误答案: 错误标题问题: 每个进程都有一个系统翻开文件表。
错误正确答案: 错误标题问题: 多道程序设计是指设计多个程序运行。
正确错误答案: 错误标题问题: 同步传输时，进程和它请求的设备I/O 操作不能同时进行。
正确错误答案: 错误标题问题: 如果系统中只有一个进程，那么该进程可以不间断地持续执行到结束。
错误正确答案: 错误标题问题: 设有3 个作业J1，J2，J3，其运行时间别离是1，2，3 小时。
假设这些作业同时到达，并在一台措置机上按单道运行，采用短作业优先调剂算法，那么平均周转时间最小的执行序列是J1，J2，J3。
正确错误答案: 错误标题问题:15 、用户翻开文件表与系统翻开文件表的布局是不异的。
错误正确答案: 错误标题问题: 如果资源的使用是互斥的，那么资源的使用不是共享的。
正确错误答案: 错误标题问题: 打印机和磁盘类似，在任何时刻只能被一个作业占用，因此，打印机和磁盘都属于互斥拜候的资源。
错误正确答案: 错误标题问题: 合作进程之间可能发生等待，竞争进程之间也可能发生等待。
正确错误答案: 错误标题问题: 操作系统的并发性是指构成操作系统的程序模块可以并发运行。
正确错误答案: 错误标题问题: 文件静态共享时将存在多个内容不异的文件副本。
错误正确答案: 错误标题问题: 并发性是指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内完成。
错误正确答案: 错误标题问题: 作业调剂与进程调剂彼此配合才能实现多道作业的并发执行。
错误正确答案: 错误标题问题: 进程以时间片为单位轮流使用CPU表达了CPU资源的时分复用。
错误正确答案: 错误标题问题: 块设备和字符设备一样都可以按地址拜候信息。
linux驱动面试题
linux驱动面试题Linux驱动是指在Linux操作系统中，用于控制与硬件之间的交互和通信的软件模块。
在Linux的工作环境中，驱动程序起着至关重要的作用。
如果你准备参加Linux驱动的面试，以下是一些常见的Linux驱动面试题，希望可以对你有所帮助。
一、简述Linux驱动的作用和功能。
Linux驱动是一种软件模块，用来控制硬件设备与操作系统之间的通信和交互。
它负责将输入/输出请求传递给硬件设备，并处理来自硬件设备的中断和事件。
Linux驱动的功能包括设备初始化和配置、数据传输和处理以及错误处理等。
二、请简要介绍Linux驱动程序的加载过程。
当系统启动时，Linux内核首先会加载核心模块和驱动程序模块。
驱动程序模块是以目标硬件设备为基础的，它们包含了与设备通信所需的函数和数据结构。
一般情况下，系统会根据硬件设备信息自动加载对应的驱动程序模块。
加载驱动程序模块需要通过insmod或modprobe命令进行，这些命令可以在启动时自动执行。
三、请简述Linux驱动程序的实现方式。
Linux驱动程序的实现方式包括内核空间驱动和用户空间驱动。
内核空间驱动是指驱动程序运行在内核空间，直接与硬件设备进行交互。
用户空间驱动是指驱动程序运行在用户空间，通过系统调用和内核模块实现与硬件设备的通信。
内核空间驱动的优势是性能更好，但需要对内核进行编译和加载，而用户空间驱动的优势是开发更加容易，但性能会稍差。
四、请介绍Linux驱动程序中常用的数据结构和函数。
在Linux驱动程序中，常用的数据结构有file结构体、inode结构体和cdev结构体等。
file结构体用于表示一个打开的设备文件，可以通过它传递与设备相关的信息。
inode结构体用于表示一个文件的元数据信息，包括文件的权限、大小和创建时间等。
cdev结构体用于表示一个字符设备，包含了设备文件的操作函数和设备号等信息。
常用的函数包括register_chrdev、unregister_chrdev、request_irq和release_irq等。
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Linux上的Ext2fs
支持 4 TB 存储、文件名称最长1012 字符 可选择逻辑块 快速符号链接
Ext2不适合flash设备 是为象 IDE 设备那样的块设备设计的，逻辑块大小必须是 512 byte、1 KB、2KB等 没有提供对基于扇区的擦除／写操作的良好管理 如果在一个扇区中擦除单个字节，必须将整个扇区复制到 RAM，然后擦除，再重写入 在出现电源故障时，Ext2fs 是不能防止崩溃的 文件系统不支持损耗平衡，缩短了flash的寿命
在NAND中每块的最大擦写次数是100万次，而NOR的擦写次 数是10万次 位交换的问题NAND flash中更突出，需要 ECC纠错 NAND flash中坏块随机分布，需要通过软件标定——产品量 产的问题
8
嵌入式linux下常见的文件系统
RomFS：只读文件系统，可以放在ROM空间，也可以在系 统的RAM中，嵌入式linux中常用来作根文件系统 RamFS：利用VFS自身结构而形成的内存文件系统，使用系 统的RAM空间 JFFS/JFFS2：为Flash设计的日志文件系统 Yaffs：专门为Nand Flash设计 proc：为内核和内核模块将信息发送给进程提供一种机制， 可以查看系统模块装载的信息 devFS：设备文件系统
Linux存储器接口软硬件设计
1
嵌入式系统上常用的存储媒体
Flash芯片 Flash媒质存储器：
SD/MMC卡、CF卡、 SM卡、U盘、 DOC IC卡、SIM卡
硬盘：CF接口、IDE接口…
2
Linux对存储设备的管理
块设备 ->文件系统 字符设备也可以完成简单的存储工作 嵌入式Linux的存储通常通过MTD设备
6
NAND和NOR——性能比较
NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术 NOR的读速度比NAND稍快一些 NAND的写入速度比NOR快很多 NAND的擦除速度远比NOR的快 大多数写入操作需要先进行擦除操作 NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少
7
可靠性和耐用性
3
MTD设备驱动
MTD(memory technology device)是用于访问 memory设备（ROM、flash）的Linux子系统 在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口 ， MTD把文件系统和Flash设备相隔离
4
MTD与文件系统
5Leabharlann
Flash硬件驱动层 在init时驱动Flash硬件，NAND型Flash的驱动程序则位于 /drivers/mtd/nand子目录下 MTD原始设备有两部分组成 MTD原始设备的通用代码， 各个特定的Flash的数据，例如分区。 mtd_info、mtd_table（mtdcore.c）、mtd_part（mtd_part.c） MTD设备层 linux系统定义出MTD的块设备（主设备号31）和字符设备（设备号 90）。设备节点：通过mknod在/dev子目录下建立MTD字符设备节点 （主设备号为90）和MTD块设备节点（主设备号为31），通过访问此 设备节点即可访问MTD字符设备和块设备。 根文件系统 在Bootloader中将文件系统映像烧录到flash的某一个分区中，在启动的 时候，将该分区作为根文件系统挂载。 文件系统： 内核启动后，mount