在Linux下我們在使用設備的時候，都會用到write這個函數，通過這個函數我們可以象使
用文件那樣向設備傳送數據。可是為什么用戶使用write函數就可以把數據寫到設備里面
去，這個過程到底是怎么實現的呢？

這個奧秘就在于設備驅動程序的write實現中，這里我結合一些源代碼來解釋如何使得一
個簡簡單單的write函數能夠完成向設備里面寫數據的復雜過程。

這里的源代碼主要來自兩個地方。第一是oreilly出版的《Linux device driver》中的
實例，第二是Linux Kernel 2.2.14核心源代碼。我只列出了其中相關部分的內容，如果
讀者有興趣，也可以查閱其它源代碼。不過我不是在講解如何編寫設備驅動程序，所以不
會對每一個細節都進行說明，再說有些地方我覺得自己還沒有吃透。

由于《Linux device driver》一書中的例子對于我們還是復雜了一些，我將其中的一個
例程簡化了一下。這個驅動程序支持這樣一個設備：核心空間中的一個長度為10的數組
kbuf[10]。我們可以通過用戶程序open它，read它，write它，close它。這個設備的名
字我稱為short_t。

現在言歸正傳。
對于一個設備，它可以在/dev下面存在一個對應的邏輯設備節點，這個節點以文件的形式
存在，但它不是普通意義上的文件，它是設備文件，更確切的說，它是設備節點。這個節
點是通過mknod命令建立的，其中指定了主設備號和次設備號。主設備號表明了某一類設
備，一般對應著確定的驅動程序；次設備號一般是區分是標明不同屬性，例如不同的使用
方法，不同的位置，不同的操作。這個設備號是從/proc/devices文件中獲得的，所以一
般是先有驅動程序在內核中，才有設備節點在目錄中。這個設備號（特指主設備號）的主
要作用，就是聲明設備所使用的驅動程序。驅動程序和設備號是一一對應的，當你打開一
個設備文件時，操作系統就已經知道這個設備所對應的驅動程序是哪一個了。這個"知道"
的過程后面就講。

我們再說說驅動程序的基本結構吧。這里我只介紹動態模塊型驅動程序（就是我們使用
insmod加載到核心中并使用rmmod卸載的那種），因為我只熟悉這種結構。
模塊化的驅動程序由兩個函數是固定的：int init_module(void) ；void
cleanup_module(void)。前者在insmod的時候執行，后者在rmmod的時候執行。
init_nodule在執行的時候，進行一些驅動程序初始化的工作，其中最主要的工作有三
件：注冊設備；申請I/O端口地址范圍；申請中斷IRQ。這里和我們想知道的事情相關的只
有注冊設備。

下面是一個典型的init_module函數：?

int init_module(void)
{ int result = check_region(short_base,1)；/* 察看端口地址*/ …… request_region(short_base,1,"short"); /* 申請端口地址*/ …… result = register_chrdev(short_major, "short", &short_fops); /* 注冊設備*/ …… result = request_irq(short_irq, short_interrupt, SA_INTERRUPT, "short", NULL); /* 申請IRQ */ …… return 0; 
}/* init_module*/ 

上面這個函數我只保留了最重要的部分，其中最重要的函數是
result = register_chrdev(short_major, "short", &short_fops);
這是一個驅動程序的精髓所在！！當你執行indmod命令時，這個函數可以完成三件大事：
第一，申請主設備號(short_major)，或者指定，或者動態分配；第二，在內核中注冊設
備的名字("short")；第三，指定fops方法(&short_fops)。其中所指定的fops方法就是
我們對設備進行操作的方法（例如read,write,seek,dir,open,release等），如何實現
這些方法，是編寫設備驅動程序大部分工作量所在。

現在我們就要接觸關鍵部分了--如何實現fops方法。
我們都知道，每一個文件都有一個file的結構，在這個結構中有一個file_operations的
結構體，這個結構體指明了能夠對該文件進行的操作。

下面是一個典型的file_operations結構：

struct file_operations 
{ 
loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); 
ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *); 
ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *); 
int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); 
unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); 
int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); 
int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); 
int (*open) (struct inode *, struct file *); 
int (*flush) (struct file *); 
int (*release) (struct inode *, struct file *); 
int (*fsync) (struct file *, struct dentry *); 
int (*fasync) (int, struct file *, int); 
int (*check_media_change) (kdev_t dev); 
int (*revalidate) (kdev_t dev); 
int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); 
}; 

?

我們可以看到它實際上就是許多文件操作的函數指針，其中就有write，其它的我們就不
去管它了。這個write指針在實際的驅動程序中會以程序員所實現的函數名字出現，它指
向程序員實現的設備write操作函數。下面就是一個實際的例子，這個write函數可以向核
心內存的一個數組里輸入一個字符串。?

int short_write (struct inode *inode, struct file *filp, const char *buf, int count)
{ 
int retval = count; 
extern unsigned char kbuf[10]; if(count>10) 
count=10; 
copy_from_user(kbuf, buf, count); 
return retval; 
}/* short_write */ 

?

設備short_t對應的fops方法是這樣聲明的：

struct file_operations short_fops = 
{ 
NULL, /* short_lseek */ 
short_read, 
short_write, 
NULL, /* short_readdir */ 
NULL, /* short_poll */ 
NULL, /* short_ioctl */ 
NULL, /* short_mmap */ 
short_open, 
short_release, 
NULL, /* short_fsync */ 
NULL, /* short_fasync */ 
/* nothing more, fill with NULLs */ 
}; 

其中NULL的項目就是不提供這個功能。所以我們可以看出short_t設備只提供了
read,write,open,release功能。其中write功能我們在上面已經實現了，具體的實現函
數起名為short_write。這些函數就是真正對設備進行操作的函數，這就是驅動程序的一
大好處：不管你實現的時候是多么的復雜，但對用戶來看，就是那些常用的文件操作函數。

但是我們可以看到，驅動程序里的write函數有四個參數，函數格式如下：
short_write (struct inode *inode, struct file *filp, const char *buf, int count)
而用戶程序中的write函數只有三個參數，函數格式如下：
write(inf fd, char *buf, int count)
那他們兩個是怎么聯系在一起的呢？這就要靠操作系統核心中的函數sys_write了，下面
是Linux Kernel 2.2.14中sys_write中的源代碼：

asmlinkage ssize_t sys_write(unsigned int fd, const char * buf, size_t count) 
{ 
ssize_t ret; 
struct file * file; 
struct inode * inode; 
ssize_t (*write)(struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
/* 指向驅動程序中的wirte函數的指針*/ lock_kernel(); 
ret = -EBADF; 
file = fget(fd); /* 通過文件描述符得到文件指針 */ 
if (!file) 
goto bad_file; 
if (!(file->f_mode & FMODE_WRITE)) 
goto out; 
inode = file->f_dentry->d_inode; /* 得到inode信息 */ 
ret = locks_verify_area(FLOCK_VERIFY_WRITE, inode, file, file->f_pos, count); 
if (ret) 
goto out; 
ret = -EINVAL; 
if (!file->f_op || !(write = file->f_op->write)) /* 將函數開始時聲明的
write函數指針指向fops方法中對應的write函數 */ 
goto out; 
down(&inode->i_sem); 
ret = write(file, buf, count, &file->f_pos); /* 使用驅動程序中的write函數
將數據輸入設備，注意看，這里就是四個參數了 */ 
up(&inode->i_sem); 
out: 
fput(file); 
bad_file: 
unlock_kernel(); 
return ret; 
} ?

我寫了一個簡單的程序來測試這個驅動程序，該程序源代碼節選如下（該省的我都省了）：?

?

main()
{ 
int fd,count=0; 
unsigned char buf[10]; 
fd=open("/dev/short_t",O_RDWR); 
printf("input string:"); 
scanf("%s",buf); 
count=strlen(buf); 
if(count>10) 
count=10; 
count=write(fd,buf,count); 
close(fd); 
return 1; 
} 

現在我們就演示一下用戶使用write函數將數據寫到設備里面這個過程到底是怎么實現的：
1，insmod驅動程序。驅動程序申請設備名和主設備號，這些可以在/proc/devieces中獲得。
2，從/proc/devices中獲得主設備號，并使用mknod命令建立設備節點文件。這是通過主
設備號將設備節點文件和設備驅動程序聯系在一起。設備節點文件中的file屬性中指明了
驅動程序中fops方法實現的函數指針。
3，用戶程序使用open打開設備節點文件，這時操作系統內核知道該驅動程序工作了，就
調用fops方法中的open函數進行相應的工作。open方法一般返回的是文件標示符，實際
上并不是直接對它進行操作的，而是有操作系統的系統調用在背后工作。
4，當用戶使用write函數操作設備文件時，操作系統調用sys_write函數，該函數首先通
過文件標示符得到設備節點文件對應的inode指針和flip指針。inode指針中有設備號信
息，能夠告訴操作系統應該使用哪一個設備驅動程序，flip指針中有fops信息，可以告訴
操作系統相應的fops方法函數在那里可以找到。
5，然后這時sys_write才會調用驅動程序中的write方法來對設備進行寫的操作。
其中1-3都是在用戶空間進行的，4-5是在核心空間進行的。用戶的write函數和操作系統
的write函數通過系統調用sys_write聯系在了一起。
注意：
對于塊設備來說，還存在寫的模式的問題，這應該是由GNU C庫來解決的，這里不予討
論，因為我沒有看過GNU C庫的源代碼。
另外，這是一個測試版的文章，請各位朋友們多提意見和建議，非常感謝！

原文作者：coly(李勇)

原文地址已經無法打開：

http://www.linuxforum.net/doc/write-coly.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的write的奥秘的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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