linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理

1、linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 程序的程序的鏈接鏈接和內(nèi)存和內(nèi)存裝入裝入 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 連續(xù)分配方式連續(xù)分配方式 單一連續(xù)分配單一連續(xù)分配 這是最簡單的一種存儲管理方式，但只能用于單用戶、 單任務(wù)的操作系統(tǒng)中。采用這種存儲管理方式時，可把內(nèi) 存分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)兩部分，系統(tǒng)區(qū)僅提供給OS使用， 通常是放在內(nèi)存的低址部分；用戶區(qū)是指除系統(tǒng)區(qū)以外的 全部內(nèi)存空間， 提供給用戶使用。 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 固定分區(qū)分配固定分區(qū)分配 1. 劃分分區(qū)的方法劃分分區(qū)的方法 分區(qū)大小相等， 即使所有的內(nèi)存分區(qū)大小相等。 (2

2、) 分區(qū)大小不等。 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 2. 內(nèi)存分配內(nèi)存分配 固定分區(qū)使用表 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 4.2.3 動態(tài)分區(qū)分配動態(tài)分區(qū)分配 1. 分區(qū)分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分區(qū)分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 空閑分區(qū)表。 (2) 空閑分區(qū)鏈。 空閑鏈結(jié)構(gòu) 前 向 指 針 N 2 0 N個字節(jié)可用 后 向 指 針 N 2 0 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備

3、管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 設(shè)備驅(qū)動的分層結(jié)構(gòu) linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 設(shè)備驅(qū)動是Linux內(nèi)核的重要組成部分。驅(qū)動程序跟一般 的用戶應(yīng)用程序不同，它工作在內(nèi)核態(tài)，編程方法和使用的 庫函數(shù)都跟用戶級的應(yīng)用程序有所區(qū)別。在Linux內(nèi)核中，設(shè) 備驅(qū)動跟文件系統(tǒng)聯(lián)系緊密。每一個設(shè)備都是作為一個設(shè)備 文件，交給文件系統(tǒng)去管理的。 設(shè)備驅(qū)動程序內(nèi)部是由一組函數(shù)組成的。函數(shù)由設(shè)備驅(qū) 動的上層文件系統(tǒng)來調(diào)用，每一個函數(shù)被稱做一個入口點(diǎn)。 入口點(diǎn)的集合被稱為設(shè)備驅(qū)動

4、程序的上半部分，實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū) 動與文件系統(tǒng)的接口。常用的入口點(diǎn)有：open、close（或 release）、read、write、ioctl等。 每一個函數(shù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)被稱作驅(qū)動程序的下半部分，負(fù) 責(zé)實(shí)現(xiàn)具體的設(shè)備操作。函數(shù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)通常是靠系統(tǒng)調(diào)用 提供的函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，不能使用平常我們使用的用戶級的C語 言庫函數(shù)。 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 Linux通過設(shè)備號來區(qū)分不同的設(shè)備。設(shè)備號由兩部分組成： 主設(shè)備號MAJOR和次設(shè)備號MINOR。 主設(shè)備號MAJOR指明對應(yīng)哪些設(shè)備驅(qū)動。一般一個主設(shè)備號 對應(yīng)一個驅(qū)動程序。 次設(shè)備號MINOR用來區(qū)分同一個驅(qū)動程序控制下的不同的獨(dú) 立的設(shè)備

5、。 例如：硬盤的主設(shè)備名稱為hd。在/dev目錄下hd即為硬盤。 /dev/hda、/dev/hdb等是系統(tǒng)的第一個硬盤和第二個硬盤。而 hda0和hda1分別是第一個硬盤上的第一個分區(qū)和第二個分區(qū)。 /proc/devices列出所有現(xiàn)在正在使用的設(shè)備號。 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 Linux操作系統(tǒng)將所有的設(shè)備全部看成文件，并通過文件的操 作界面進(jìn)行操作，用戶程序可以像對其他文件一樣對此設(shè)備文 件進(jìn)行操作。這意味著： 由于每一個設(shè)備至少由文件系統(tǒng)的一個文件代表，因而都 有一個“文件名”。 應(yīng)用程序通?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)調(diào)用open()打開設(shè)備文件，建立 起與目標(biāo)設(shè)備的連接。 打開了代

6、表著目標(biāo)設(shè)備的文件，即建立起與設(shè)備的連接后， 可以通過read()、write()、ioctl()等常規(guī)的文件操作對目標(biāo)設(shè)備進(jìn) 行操作。 設(shè)備文件的屬性由三部分信息組成：第一部分是文件的類型， 第二部分是一個主設(shè)備號，第三部分是一個次設(shè)備號。其中類 型和主設(shè)備號結(jié)合在一起惟一地確定了設(shè)備文件驅(qū)動程序及其 界面，而次設(shè)備號則說明目標(biāo)設(shè)備是同類設(shè)備中的第幾個。 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 設(shè)備文件不能用普通的辦法建立。要通過mknod命令。 mknod命令的語法： mknod 路徑 模式 主設(shè)備號 次設(shè)備號 模式有兩種：c為字符設(shè)備 b為塊設(shè)備 例如：mknod /dev/test c

7、254 0 設(shè)備文件可以象普通文件一樣直接使用，例如： /dev/lp0為一個打印機(jī)，使用cat doc.txt/dev/lp0就可以將文 檔交給打印機(jī)去進(jìn)行打印 /dev/ttyS0為主機(jī)上的串口COM1，使用讀寫文件的方法，也 可以實(shí)現(xiàn)對串口的讀寫操作 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 一、設(shè)備驅(qū)動中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 二、驅(qū)動程序框架 三、實(shí)現(xiàn)各種功能的基本函數(shù) 四、實(shí)例 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 要編寫設(shè)備驅(qū)動程序，就要實(shí)現(xiàn)它跟高層文件系統(tǒng)和底層 硬件之間的操作接口。這些接口一般要遵循DDI/DKI （Device-Driver Interface / Device-Ker

8、nel Interface）接口規(guī) 范，所以要使用一些標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行操作。 底層硬件的操作主要由不同硬件的特性來決定。跟文件系 統(tǒng)的接口主要使用三個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： inode文件索引節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) struct file文件結(jié)構(gòu) 文件操作結(jié)構(gòu)，設(shè)備驅(qū)動程序要實(shí)現(xiàn)這個結(jié)構(gòu)里的主要操 作 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 struct inode稱做索引節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義如下： struct inode struct list_head i_hash; struct list_head i_list; struct list_head i_dentry; struct list_head i_di

9、rty_buffers; struct list_head i_dirty_data_buffers; unsigned longi_ino; atomic_ti_count; kdev_ti_dev; umode_ti_mode; nlink_ti_nlink; uid_ti_uid; gid_ti_gid; kdev_ti_rdev; loff_ti_size; time_ti_atime; time_ti_mtime; time_ti_ctime; unsigned inti_blkbits; unsigned longi_blksize; unsigned longi_blocks;

10、unsigned longi_version; struct semaphorei_sem; struct semaphorei_zombie; struct inode_operations*i_op; struct *i_fop;/文件操作指針文件操作指針 struct super_block*i_sb; wait_queue_head_ti_wait; struct *i_flock; struct address_space*i_mapping; struct address_spacei_data; struct dquot*i_dquotMAXQUOTAS; struct list

11、_head i_devices; struct pipe_inode_info*i_pipe; struct block_device*i_bdev;/塊設(shè)備塊設(shè)備 struct char_device*i_cdev;/字符設(shè)備字符設(shè)備 unsigned longi_dnotify_mask; struct dnotify_struct*i_dnotify; unsigned longi_state; unsigned inti_flags; unsigned chari_sock; atomic_ti_writecount; unsigned inti_attr_flags; _u32i_g

12、eneration; union struct minix_inode_infominix_i; struct ext2_inode_infoext2_i; struct ext3_inode_infoext3_i; struct hpfs_inode_infohpfs_i; struct ntfs_inode_infontfs_i; struct msdos_inode_infomsdos_i; struct umsdos_inode_infoumsdos_i; struct iso_inode_info isofs_i; struct nfs_inode_info nfs_i; struc

13、t sysv_inode_infosysv_i; struct affs_inode_infoaffs_i; struct ufs_inode_info ufs_i; struct efs_inode_info efs_i; struct romfs_inode_inforomfs_i; struct shmem_inode_infoshmem_i; struct coda_inode_infocoda_i; struct smb_inode_info smbfs_i; struct hfs_inode_info hfs_i; struct adfs_inode_infoadfs_i; str

14、uct qnx4_inode_infoqnx4_i; struct reiserfs_inode_inforeiserfs_i; struct bfs_inode_info bfs_i; struct udf_inode_info udf_i; struct ncp_inode_info ncpfs_i; struct proc_inode_infoproc_i; struct socketsocket_i; struct usbdev_inode_info usbdev_i; struct jffs2_inode_infojffs2_i; void *generic_ip; u; ; lin

15、ux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 struct file主要用于與文件系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，可提供關(guān)于被打開的文件的信 息，定義如下： struct file struct list_headf_list; struct dentry*f_dentry; struct vfsmount *f_vfsmnt; struct *f_op; atomic_tf_count; unsigned int f_flags; mode_tf_mode; loff_tf_pos; unsigned long f_reada, f_ramax, f_raend, f_ralen, f_rawin; struct

16、 fown_structf_owner; unsigned intf_uid, f_gid; intf_error; unsigned longf_version; /* needed for tty driver, and maybe others */ void*private_data; /* preallocated helper kiobuf to speedup O_DIRECT */ struct kiobuf*f_iobuf; longf_iobuf_lock; ; linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 struct struct module *owner; loff_t (

17、*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) (struc

18、t 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 datasync); int (*

19、fasync) (int, struct file *, int); int (*lock) (struct file *, int, struct *); ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, si

20、ze_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)( struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long ); ; 在用戶自己的驅(qū)動程序中，首先要根據(jù)驅(qū)動程序的功能，完成結(jié)構(gòu)中函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。 不需要的函數(shù)接口可以直接在結(jié)構(gòu)中初始化為NULL。中的變量會在驅(qū)動程序初始化時， 注冊到系統(tǒng)內(nèi)部。每個進(jìn)程對設(shè)備的操作，都會根據(jù)主次設(shè)備號，轉(zhuǎn)換成對結(jié)構(gòu)的訪 問。 在設(shè)備驅(qū)動中，如果有需要的操作而本結(jié)構(gòu)中沒有提供的，統(tǒng)統(tǒng)交給ioctl函數(shù)實(shí)現(xiàn) linu

21、x教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 Linux的設(shè)備驅(qū)動程序與外部的接口可以分為三部分： 驅(qū)動程序與內(nèi)核的接口：通過來完成 驅(qū)動程序與系統(tǒng)引導(dǎo)的接口：利用驅(qū)動程序?qū)υO(shè)備初始化 驅(qū)動程序與設(shè)備的接口：描述了驅(qū)動程序如何與設(shè)備進(jìn)行 交互，這部分與具體設(shè)備密切相關(guān) 驅(qū)動程序的代碼可以分成以下幾個部分： 驅(qū)動程序的注冊和注銷； 設(shè)備的打開和釋放； 設(shè)備的讀寫； 設(shè)備的控制； 設(shè)備的中斷和查詢。 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 1. 驅(qū)動程序的注冊和注銷： 驅(qū)動程序一般通過注冊的方式將自己的函數(shù)操作集與具體 的設(shè)備關(guān)聯(lián)起來。所以，在設(shè)備初始化時，應(yīng)向系統(tǒng)進(jìn)行登 記register。卸載設(shè)備的時候用unr

22、egister注銷。 字符設(shè)備和塊設(shè)備的注冊和注銷并不相同。字符設(shè)備的注 冊函數(shù)是： int register_chrdev(unsigned int major,const char *name,struct *fops) 卸載函數(shù)是： int unregister_chrdev(unsigned int major,const char *name) linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 Linux對字符設(shè)備的管理是通過一個字符設(shè)備表chrdevs 來 實(shí)現(xiàn)的。表里的每一項(xiàng)是一個device_struct結(jié)構(gòu)。 struct device_struct const char *name;

23、struct *fops; chrdevs 的數(shù)組下標(biāo)就是字符設(shè)備的主設(shè)備號major。 要查看系統(tǒng)中這個表格的當(dāng)前內(nèi)容，看/proc/devices即可。 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 字符設(shè)備的注冊：向chrdevs 中增加一個新項(xiàng)。 int register_chrdev(int major,char *name,struct *fops) major為申請的主設(shè)備號，為0時，自動尋找一個空閑號分 配。name為設(shè)備的名字。fops為驅(qū)動程序中結(jié)構(gòu)的指針。 注冊成功時，返回申請到的主設(shè)備號。出錯時返回一個負(fù) 值。 字符設(shè)備的注銷： void unregister_chrdev(i

24、nt major,char *name) linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 2. 設(shè)備讀寫： 設(shè)備讀寫是實(shí)現(xiàn)用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)交換，因此涉 及內(nèi)存操作。 設(shè)備驅(qū)動程序在申請和釋放內(nèi)存時，因?yàn)槭褂玫氖莾?nèi)核空 間，不能調(diào)用用戶空間的函數(shù)malloc和free，而代之以調(diào)用 kmalloc和kfree，它們在linux/kernel.h中被定義為： void *kmalloc(unsigned int len, int priority); void kfree(void * obj); 參數(shù)len為希望申請的字節(jié)數(shù)，obj為要釋放的內(nèi)存指針。 priority為分配內(nèi)存操作的優(yōu)先級，即在

25、沒有足夠空閑內(nèi)存時 如何操作，一般由取值GFP_KERNEL解決即可。 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 2. 設(shè)備讀寫： 設(shè)備讀寫是實(shí)現(xiàn)用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)交換，因此涉 及內(nèi)存操作。 內(nèi)存間數(shù)據(jù)的傳送： unsigned long copy_to_user(void *to,void *from,long count); unsigned long copy_from_user(void *to,void *from,long count); 以上兩個函數(shù)的原型在 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 3. 設(shè)備控制： 對設(shè)備的控制是通過對I/O端口的讀寫來實(shí)現(xiàn)的。 inline u

26、nsigned int inb(unsigned short port); inline unsigned int inb_p(unsigned short port);/讀端口 inline void outb(char value,unsigned short port); inline void outb_p(char value,unsigned short port); /寫端口 int _check_region(struct resource *parent, unsigned long start, unsigned long n);/檢查一個區(qū)域的端口 struct reso

27、urce *_request_region(struct resource *parent, unsigned long start, unsigned long n, const char *name);/ 申請一個區(qū)域的端口 void _release_region(struct resource *parent, unsigned long start, unsigned long n);/釋放一個區(qū)域的端口 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 3. 設(shè)備控制： 對設(shè)備的控制接口通過ioctl函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。它就象個大雜物箱，把跟設(shè)備有 關(guān)的各種操作都裝在這里。 例如：一個LCD的驅(qū)動，要

28、實(shí)現(xiàn)清屏LCD_Clear、顯示矩形Disp_Rect、 畫線Draw_Line等功能。 void LCD_Clear() void Disp_Rect() void Draw_Line static int *_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, int cmd, long arg) switch(cmd) case:CLEAR LCD_Clear(); case:RECT Disp_Rect(); case:LINE Draw_Line(); linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 編寫一個test.c，雖然它基本上什么也不干，但是它體

29、現(xiàn)了一個字符設(shè) 備驅(qū)動程序的基本框架： #define _NO_VERSION_ #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include unsigned int test_major = 0;/用一個靜態(tài)變量存儲設(shè)備號 linux教程第08課內(nèi)存與設(shè)備管理 read和write的實(shí)現(xiàn)： static sszie_t read_test(struct file * *buf,size_t count,loff_t *fops) copy_to_user(*buf,*); static sszie_t write_test(struct file * *buf,size_t count,loff_t *fops) copy_from_user(*file,*buf,coun