应用层和内核层数据传输-Linux驱动学习（3）
应用层和内核层的数据传输
【学习笔记】
1、应用层和内核层数据传输常用的函数
在Linux中，文件对应的操作有：打开、关闭、读写，同样与文件类似，设备节点对应的操作有：打开、关闭、读写
如果我们在应用层使用系统IO对设备节点进行打开、关闭、读写等操作会发生什么？
【注】：
下面这些函数都定义在linux内核文件夹,比如:linux-4.9.268/include/linux/fs.h中的 struct file_operations {};结构体中
（1）当我们在应用层对设备节点进行read操作时，就会触发驱动里边的read这个函数。
ssize_t(*read)(struct file*, char __user*, size_t, loff_t*);#这里（*read）是函数名字，可以自定义，下面的都是如此
（2）当我们在应用层对设备节点进行write操作时，就会触发驱动里边的write这个函数。
ssize_t(*write)(struct file*, const char __user*, size_t, loff_t*);
（3）当我们在应用层对设备节点进行poll/select操作时，就会触发驱动里边的poll这个函数。
unsigned_t(*poll)(struct file*, struct poll_table_struct*);
（4）当我们在应用层对设备节点进行ioctl操作时，就会触发驱动里边的ioctl这个函数。
long(*unlocked_ioctl)(struct file*, unsigned int, unsigned long);
（5）当我们在应用层对设备节点进行open操作时，就会触发驱动里边的open这个函数。
int(*open)(struct inode*, struct file*);
（6）当我们在应用层对设备节点进行close操作时，就会触发驱动里边的release这个函数。
int(*release)(struct inode*, struct file*);
【注意】read和write参数中的__user*前面是两个下划线，写成一个编译时会报错
2、应用层调用驱动的例子
驱动层：驱动file_operations.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
//杂项设备驱动需要增加两个头文件
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
int misc_open(struct inode *inode, struct file *file){//(*open)函数实现
printk("hello misc_open\n");
return 0;
}
int misc_release(struct inode *inode, struct file *file){//(*release)函数实现
printk("bye bye\n");
return 0;
}
ssize_t misc_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t){
printk("hello read\n");
return 0;
}
ssize_t misc_write(struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t){
printk("hello write\n");
return 0;
}
//第2步：填充文件操作集
struct file_operations misc_fops = {
.owner = THIS_MODULE, //这里简单的填充一个owner
.open = misc_open, //根据我们自定义的函数名来填充
.release = misc_release,
.read = misc_read,
.write = misc_write
};
//第1步：填充杂项设备结构体
struct miscdevice misc_dev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //次设备号，动态分配
.name = "hello_misc", //设备节点的名字
.fops = &misc_fops //填充文件操作集
};
//第3步；注册到内核
static int misc_init(void){
int ret;
ret = misc_register(&misc_dev);//存储注册的地址
//判断是否注册成功
if(ret < 0){
printk("misc registe is error\n");
return -1;
}
printk("misc registe is successful\n"); //内核里不能使用c语言库，所以不能用printf
return 0;
}
//卸载驱动
static void misc_exit(void){
misc_deregister(&misc_dev);
printk("misc bye bye\n");
}
//入口和出口
module_init(misc_init);
module_exit(misc_exit);
//声明许可证
MODULE_LICENSE("GPL");
应用层：app.c上层函数
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]){//如果打开设备节点成功，这会调用驱动里边的misc_open()函数
int fd;
char buf[64] = {0};
fd = open("/dev/hello_misc",O_RDWR);//open the device node
if(fd < 0){ //determine whether the opening is successful
perror("open error\n");//和printf用法相似
return fd;
}
read(fd,buf,sizeof(buf));//读取设备节点
//write(fd,buf,sizeof(buf));//写设备节点
close(fd);//关闭节点
return 0;
}
如下图，设备节点是内核层和应用层的桥梁
如果驱动文件中相应的操作集没有填充，而应用层又调用了对应的函数，那么将什么都不会发生，也不会报错。
应用层和数据层不能直接进行数据传输，需要使用其他函数
下面两个函数定义在linux-4.9.268/include/linux/uaccess.h中
//用户层向内核层传输数据
static inline long copy_from_user(void *to, const void _user *from, unsigned long n);
//内核层向用户层传输数据
static inline long copy_to_user(void *to, const void *from, unsigned long n);
注意这两个函数只能在驱动里边用，不能在应用层使用。
加入数据传输函数后的代码
file_operation.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
//杂项设备驱动需要增加两个头文件
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
//增加传输函数所在的头文件
#include <linux/uaccess.h>
int misc_open(struct inode *inode, struct file *file){//(*open)函数实现
printk("hello misc_open\n");
return 0;
}
int misc_release(struct inode *inode, struct file *file){//(*release)函数实现
printk("bye bye\n");
return 0;
}
ssize_t misc_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t){
char kbuf[64] = "mydate";//定义字符串，能够在应用层读取到
if(copy_to_user(ubuf, kbuf, strlen(kbuf)) != 0){//判断是否成功向应用层传输数据
printk("copy_to_user error\n");
return -1;
}
return 0;
}
ssize_t misc_write(struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t){
char kbuf[64] = {0};
if(copy_from_user(kbuf, ubuf, size) != 0){//判断是否成功向应用层传输数据
printk("copy_from_user error\n");
return -1;
}
printk("kbuf is %s\n",kbuf);
return 0;
}
//第2步：填充文件操作集
struct file_operations misc_fops = {
.owner = THIS_MODULE, //这里简单的填充一个owner
.open = misc_open, //根据我们自定义的函数名来填充
.release = misc_release,
.read = misc_read,
.write = misc_write
};
//第1步：填充杂项设备结构体
struct miscdevice misc_dev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //次设备号，动态分配
.name = "hello_misc", //设备节点的名字
.fops = &misc_fops //填充文件操作集
};
//第3步；注册到内核
static int misc_init(void){
int ret;
ret = misc_register(&misc_dev);//存储注册的地址
//判断是否注册成功
if(ret < 0){
printk("misc registe is error\n");
return -1;
}
printk("misc registe is successful\n"); //内核里不能使用c语言库，所以不能用printf
return 0;
}
//卸载驱动
static void misc_exit(void){
misc_deregister(&misc_dev);
printk("misc bye bye\n");
}
//入口和出口
module_init(misc_init);
module_exit(misc_exit);
//声明许可证
MODULE_LICENSE("GPL");
app.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]){//如果打开设备节点成功，这会调用驱动里边的misc_open()函数
int fd;
char read_buf[64] = {0};
char write_buf[64] = "write date"//
fd = open("/dev/hello_misc",O_RDWR);//open the device node
if(fd < 0){ //determine whether the opening is successful
perror("open error\n");//和printf用法相似
return fd;
}
read(fd,read_buf,sizeof(read_buf));//读设备节点
printf("read_buf is %s\n",read_buf);//打印从内核层读取的内容
write(fd,write_buf,sizeof(write_buf));//将数据写入设备节点,将应用层数据传入的内核层
close(fd);//关闭节点
return 0;
}
