设备驱动程序简介

设备驱动程序简介

概述：

• Linux驱动程序的核心：作为一个黑盒子，使某个特定硬件相应相应的内部编程接口，如posix。其需要隐藏体的工作细节。
• Linux驱动程序编写为什么简单：其是使独立于内核的其他部分而建立的，其是模块化的。

驱动程序的作用

• 驱动程序的妥协： 在编写驱动程序所需要的时间和驱动程序的灵活性之间实现折中
• 驱动程序的核心思想： 驱动程序提供机制（需要提供什么功能），而不是提供策略（如何使用这些功能）。
  例子：软驱的驱动程序将磁盘表示为一个连续的数据块阵列，由高层提供访问策略。
• 驱动程序的基本概念： 由此，引申出了驱动程序的基本概念：编写访问硬件的内核代码时，不要给用户添加任何特定策略（可以实现基本策略，如按字节读写）。因此，其本质是应用程序和实际设备中的一个软件层。
• 驱动程序编写的核心原则： 提供给用户尽可能多的选项；编写驱动程序占用时间尽可能短；尽量保持程序的简单性。
• 驱动程序的典型特征： 支持同步异步操作、能被多次打开、充分利用硬件特性、不带策略

内核功能划分

• 进程管理： 创建/销毁进程；进程间通信；进程调度。本质：在CPU上实现多个进程的抽象；
• 内存管理： 使用虚拟地址空间管理内存，同时保障进程/内核的隔离性；
• 文件系统： Unix和核心-一切皆文件。本质是在没有结构的硬件上构造的结构化的文件系统，对不同的物理硬件进行高层抽象。（在物理介质上组织数据）
• 设备控制： 内核对于设备（外设）控制的操作需要依赖于相应的代码，这部分即是驱动程序。
• 网络功能： 由于网络功能和具体进程无关，因此操作系统需要在应用程序和网络接口之间对数据包进行传递（协议栈）；

可装载模块

• Linux特性： 在系统运行时，可以向内核添加相应功能，通过对相应模块类的加载（insmod）和移除（rmmod）

设备和模块的分类

• 字符设备： 其本质是字节流访问设备，其类似于文件。大多数只能顺序访问，但是少数可以由数据区特性。其往往利用/dev目录下的文件系统节点访问。
• 块设备： 与字符设备类似，其往往利用/dev目录下的文件系统节点访问。但是其传输过程中一次只能传出一个/多个完整的块（大小通常为512b或者更高）。其与字符设备的区别是内核管理数据方式不同，对于用户来说，其是一样的。
• 网络接口： 由内核中的网络子系统驱动，其负责发送/接受数据包。由于其不是面向流的设备，因此其不在文件系统中，其和内核的通信是使用数据包传输相关的函数。
• 子系统分类法： 使用支持某种给定类型的设备的附加层一起工作（USB、I2C等），通过高层抽象，简化了驱动程序的编写，避免了bug的可能性（抽象工厂模式）

安全问题

• 安全问题核心： 如果内核存在安全漏洞，则整个系统就会存在安全漏洞；因此，之后超级用户才能使用特权代码
• 原则1： 驱动程序应当尽量避免在代码中实现安全策略，但是当设备访问会影响整个系统时（设置中断/磁盘驱动）时，相关的安全检查必须由驱动程序本身完成。
• 原则2： 避免由与自身原因引入安全方面的缺陷。
• 其他原则： 用户输入必须经过内核验证才能使用；内存使用前一定要初始化；考虑设备操作可能造成的影响；小心使用第三方获得的软件。

版本编号

• 版本问题文档： 内核原文件：Documentation/Changes
• 内核编号： 偶数版本为稳定版本，奇数版本为快照；

许可证条款

• linux使用的是GPL2

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