我們在前面講到了file_operations，其是一個函數指針的集合，用于存放我們定義的用于操作設備的函數的指針，如果我們不定義，它默認保留為NULL。其中有最重要的幾個函數，分別是open()、read()、write()、ioctl()，下面分別對其進行解析

? ? ?

一、 打開和關閉設備函數

a -- 打開設備

? ????int (*open) (struct inode *, struct file *);

在操作設備前必須先調用open函數打開文件，可以干一些需要的初始化操作。當然，如果不實現這個函數的話，驅動會默認設備的打開永遠成功。打開成功時open返回0。

b -- 關閉設備 ?????

? ? ??int (*release) (struct inode *, struct file *);

當設備文件被關閉時內核會調用這個操作，當然這也可以不實現，函數默認為NULL。關閉設備永遠成功。

這兩個函數已經講過，這里不再贅述，主要看下面幾個函數

二、read()、write() 函數

? ? ? ? 現在把 read()、write() 兩個函數放一起講，因為兩個函數非密不可分的，先看一下兩個函數的定義?

a -- read() 函數

? ?函數原型	? ? ? ???ssize_t (*read) (struct file * filp, char __user * buffer, size_t ? ?size , loff_t * p);?
? ?參數含義	?filp ? ? ? ：為進行讀取信息的目標文件， ?buffer ?：為對應放置信息的緩沖區（即用戶空間內存地址）； ?size ? ? ：為要讀取的信息長度； ?p ? ? ? ? ?：為讀的位置相對于文件開頭的偏移，在讀取信息后，這個指針一般都會移動， ? ? ? ? ? ? ? ? ?移動的值為要讀取信息的長度值

b -- write() 函數

? ?函數原型	? ? ? ???ssize_t (*write) (struct file * filp, const char __user * ? buffer, size_t count, loff_t * ppos);?
? ?參數含義	filp ? ? ?：為目標文件結構體指針； buffer ：為要寫入文件的信息緩沖區； count ?：為要寫入信息的長度； ppos ? ：為當前的偏移位置，這個值通常是用來判斷寫文件是否越界

? ? ? ? ?

? ? ? ?兩個函數的作用分別是?從設備中獲取數據及發送數據給設備，應用程序中與之對應的也有 write() 函數及 read() 函數：

? ? len = read(fd,buf,len) ? ? len = write(fd,buf,size)

static?ssize_t?hello_read(struct?file?*filep,?char?__user?*buf,?size_t?len,?loff_t?*pos) static?ssize_t?hello_write(struct?file?*filep,?const?char?__user?*buf,?size_t?len,?loff_t?*pos)

? ? ? ?我們知道，應用程序工作在用戶空間，而驅動工作在內核空間，二者不能直接通信的，那我們用何種方法進行通信呢？下面介紹一下內核中的memcpy---copy_from_user和copy_to_user，雖然說內核中不能使用C庫提供的函數，但是內核也有一個memcpy的函數，用法跟C庫中的一樣。

? ? ? ? 下面看一下copy_from_user() 及 copy_to_user() 函數的定義：

[cpp]?view plaincopy

static?inline?int?copy_from_user(void?*to,?const?void?__user?volatile?*from,??

?????????????????unsigned?long?n)??

{??

????__chk_user_ptr(from,?n);??

????volatile_memcpy(to,?from,?n);??

????return?0;??

}??

??

static?inline?int?copy_to_user(void?__user?volatile?*to,?const?void?*from,??

???????????????????unsigned?long?n)??

{??

????__chk_user_ptr(to,?n);??

????volatile_memcpy(to,?from,?n);??

????return?0;??

}??

可以看到兩個函數均是調用了 _memcpy() 函數 ：

[cpp]?view plaincopy

static?void?volatile_memcpy(volatile?char?*to,?const?volatile?char?*from,???

????????????????unsigned?long?n)??

{??

????while?(n--)??

????????*(to++)?=?*(from++);??

}??

? ? ? ?其實在這里，我們可以思考，既然拷貝的功能上面的_memcpy() 函數就可以實現，為什么還要封裝成 copy_to_user()和copy_from_user()呢?答案是_memcpy() 函數是有缺陷的，譬如我們在用戶層調用函數時傳入的不是字符串，而是一個不能訪問或修改的地址，那樣就會造成系統崩潰。

? ? ? 出于上面的原因， 內核和用戶態之間交互的數據時必須要先對數據進行檢測 ，如果數據是安全的，才可以進行數據交互。上面的函數就是memcpy的改進版，在memcpy功能的基礎上加上的檢查傳入參數的功能，防止有些人有意或者無意的傳入無效的參數。

? ? ?

? ? ? 現在我們可以審視一下這兩個函數了：

[cpp]?view plaincopy

static?inline?unsigned?long?__must_check?copy_to_user(void?__user?*to,?const?void?*from,?unsigned?long?n)??

??

static?inline?unsigned?long?__must_check?copy_from_user(void?*to,?const?void?__user?*from,?unsigned?long?n)??

用法：

和memcpy的參數一樣，但它根據傳參方向的不同分開了兩個函數。

"to"是相對于內核態來說的。所以，to函數的意思是從from指針指向的數據將n個字節的數據傳到to指針指向的數據。

"from"也是相對于內核來說的。所以，from函數的意思是從from指針指向的數據將n個字節的數據傳到to指針指向的數據。

返回值：函數的返回值是指定要讀取的n個字節中還剩下多少字節還沒有被拷貝。

注意：

一般的，如果返回值不為0時，調用copy_to_user的函數會返回錯誤號-EFAULT表示操作出錯。當然也可以自己決定。

又到了擺實例的時候了，這里只列出部分代碼，看看這兩個函數的用法：

[cpp]?view plaincopy

static?ssize_t?hello_read(struct?file?*filep,?char?__user?*buf,?size_t?len,?loff_t?*pos)??

{??

????if(len>64)??

????{??

????????len?=64;??

????}??

????if(copy_to_user(buf,temp,len))??

????{??

????????return?-EFAULT;??

????}?????

????return?len;??

}??

static?ssize_t?hello_write(struct?file?*filep,?const?char?__user?*buf,?size_t?len,?loff_t?*pos)??

{??

????if(len>64)??

????{??

????????len?=?64;??

????}??

??

????if(copy_from_user(temp,buf,len))??

????{??

????????return?-EFAULT;??

????}??

????printk("write?%s\n",temp);??

????return?len;??

}??

測試程序：

[cpp]?view plaincopy

#include?<sys/types.h>??

#include?<sys/stat.h>??

#include?<fcntl.h>??

#include?<stdio.h>??

??

??

char?buf[]="111232342342342";??

char?temp[64]={0};??

main()??

{??

????int?fd,len;??

??

????fd?=?open("/dev/hello",O_RDWR);??

????if(fd<0)??

????{??

????????perror("open?fail?\n");??

????????return?;??

????}??

??

????write(fd,buf,strlen(buf));??

??

????len=read(fd,temp,sizeof(temp));??

??

????printf("len=%d,%s?\n",len,temp);??

??

????close(fd);??

}??

? ? ? 到這里open、close、read、write四個函數已經學完，下面我們來看一下四個函數使用時，到底經歷了一個怎樣的過程：

注：箭頭方向是從調用的一方指向受作用的一方

?? ?

? ??

? ?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 字符设备驱动开发基础（三）—— read()、write() 相关函数解析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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