Linux内核编程初探：块设备驱动程序——Ramdisk

来源：互联网发布：易语言打开网页源码编辑：程序博客网时间：2024/04/28 00:11

第一个步骤：编写hello world驱动程序

（1）构造内核源码树

（2）到hello.c文件目录下执行make，生成hello.ko文件以及其他相关文件

（3）执行sudo insmod ./hello.ko加载模块

（4）执行Ismod (查看模块的命令)就可以看到hello模块

（5） sudo rmmod hello

Makefile文件内容：

obj-m := ramhd_req.oKERNELDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/buildPWD := $(shell pwd)default:$(MAKE)  -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesclean:rm -f *.o *.ko *.mod.* *.order *.symvers

代码分析：int register_blkdev(unsigned int major, const char *name);major 参数是块设备要使用的主设备号，name为设备名，它会在/proc/devices中被显示。如果major为0，内核会自动分配一个新的主设备号register_blkdev()函数的返回值就是这个主设备号。如果返回1个负值，表明发生了一个错误。

kmalloc和vmalloc的区别
1、kmalloc保证分配的内存在物理上是连续的,vmalloc保证的是在虚拟地址空间上的连续
2、kmalloc能分配的大小有限,vmalloc能分配的大小相对较大
3、vmalloc比kmalloc要慢
4、kmallloc使用的是slab内存分配机制，而vmalloc使用的是伙伴系统分配机制，这也是造成它们区别的根本所在

return   -EFAULT;   //errno:14   地址错
return   -EAGAIN;   //errno:11   资源暂时不可用
return   -EINTR;   //errno:4     中断的函数调用
return   -ESPIPE     //errno:29   无效的文件指针重定位
return   -ENOTTY;//errno:25     不适当的IO控制操作

重点内容：.owner = THIS_MODULE为什么加“点”的原因
这种方式称为指定初始化源自ISO C99标准初始化不必严格按照定义时的顺序

#include <linux/module.h>     //支持动态添加和卸载模块#include <linux/kernel.h>    //驱动要写入内核，与内核相关的头文件#include <linux/init.h>      //初始化头文件#include <linux/fs.h>        //包含了文件操作相关struct的定义#include <linux/types.h>     //对一些特殊类型的定义#include <linux/fcntl.h>     //定义了文件操作等所用到的相关宏#include <linux/vmalloc.h>  //vmalloc()分配的内存虚拟地址上连续，物理地址不连续#include <linux/blkdev.h>  //采用request方式 块设备驱动程序需要调用blk_init_queue 分配请求队列#include <linux/hdreg.h> //硬盘参数头文件，定义访问硬盘寄存器端口、状态码和分区表等信息。#define RAMHD_NAME              "Mao_rd"    //设备名称#define RAMHD_MAX_DEVICE        2           //最大设备数#define RAMHD_MAX_PARTITIONS    4           //最大分区数#define RAMHD_SECTOR_SIZE       512        //扇区大小#define RAMHD_SECTORS           16         //扇区数  http://www.embedu.org/Column/Column863.htm#define RAMHD_HEADS             4         //磁头数#define RAMHD_CYLINDERS         256      //磁道(柱面)数 #define RAMHD_SECTOR_TOTAL      (RAMHD_SECTORS * RAMHD_HEADS * RAMHD_CYLINDERS)  //总大小#define RAMHD_SIZE              (RAMHD_SECTOR_SIZE * RAMHD_SECTOR_TOTAL) //8MBtypedef struct{    unsigned char   *data;             //设备数据空间首地址    struct request_queue *queue;       //设备请求队列    spinlock_t      lock;             //互斥自旋锁    struct gendisk  *gd;              //通用磁盘结构体}RAMHD_DEV;static char *sdisk[RAMHD_MAX_DEVICE];  //分配内存的首地址static RAMHD_DEV *rdev[RAMHD_MAX_DEVICE];  //分配内存的首地址static dev_t ramhd_major;   //主设备号static int ramhd_space_init(void){    int i;    int err = 0;    for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){        sdisk[i] = vmalloc(RAMHD_SIZE);  //申请RAMBLK_SIZE内存  物理地址不连续，虚拟地址连续        if(!sdisk[i]){            err = -ENOMEM;  //errno:12 内存不足            return err;        }        memset(sdisk[i], 0, RAMHD_SIZE);  //用0来初始化分配的内存空间    }    return err;}static void ramhd_space_clean(void){    int i;    for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){        vfree(sdisk[i]);                   //释放分配的内存    }}static int alloc_ramdev(void){    int i;    for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){        rdev[i] = kzalloc(sizeof(RAMHD_DEV), GFP_KERNEL); //向内核申请存放RAMHD_DEV结构体的内存空间        if(!rdev[i])            return -ENOMEM;   //errno:12  内存不足    }    return 0;}static void clean_ramdev(void){    int i;    for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){        if(rdev[i])            kfree(rdev[i]);   //释放分配的内存    }   }       int ramhd_open(struct block_device *bdev, fmode_t mode)   //设备打开用到{       return 0;}void ramhd_release(struct gendisk *gd, fmode_t mode)   //设备关闭用到{       }static int ramhd_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode, unsigned int cmd, unsigned long arg) //IO控制{    int err;    struct hd_geometry geo;  //hd_geometry结构体包含磁头，扇区，柱面等信息    switch(cmd)    {        case HDIO_GETGEO:  //获取块设备的物理参数             err = !access_ok(VERIFY_WRITE, arg, sizeof(geo));//检查指针所指向的存储块是否可写            if(err) return -EFAULT;     //errno:14   地址错                     geo.cylinders = RAMHD_CYLINDERS;     //柱面数            geo.heads = RAMHD_HEADS;            //磁头数            geo.sectors = RAMHD_SECTORS;        //扇区数            geo.start = get_start_sect(bdev);   //起始地址            if(copy_to_user((void *)arg, &geo, sizeof(geo)))             //把内核地址&geo指示的数据复制到arg指代的用户空间的地址上                return -EFAULT;   //errno:14   地址错             return 0;    }                return -ENOTTY;      //errno:25     不适当的IO控制操作 }static struct block_device_operations ramhd_fops =  //用来描述一个块设备的操作函数集{   .owner = THIS_MODULE,//“加点”这种方式称为指定初始化  源自ISO C99标准 初始化不必严格按照定义时的顺序    .open = ramhd_open,    .release = ramhd_release,    .ioctl = ramhd_ioctl,};void ramhd_req_func (struct request_queue *q)  //处理传递给这个设备的请求{    struct request *req;  //用来提取reqRAMHD_DEV *pdev;char *pData;unsigned long addr, size, start;req = blk_fetch_request(q); //从块设备队列提取存储的req;        //blk_fetch_request()可以多次调用，如果queue里面没有内容，req将返回NULLwhile (req) {   //判断当前request是否合法  循环从请求队列中获取下一个要处理的请求start = blk_rq_pos(req); // 获取当前request结构的起始扇区 pdev = (RAMHD_DEV *)req->rq_disk->private_data; //获得设备结构体指针pData = pdev->data;//设备地址addr = (unsigned long)pData + start * RAMHD_SECTOR_SIZE;//计算地址        size = blk_rq_cur_bytes(req); //访问 req 的下一段数据if (rq_data_dir(req) == READ) //获得数据传送方向.返回0表示从设备读取,否则表示写向设备.memcpy(req->buffer, (char *)addr, size); //读elsememcpy((char *)addr, req->buffer, size); //写if(!__blk_end_request_cur(req, 0))  //这个函数处理完返回falsereq = blk_fetch_request(q);  //继续取出请求队列中的请求}}int ramhd_init(void)   //初始化{    int i;    ramhd_space_init();    alloc_ramdev();        ramhd_major = register_blkdev(0, RAMHD_NAME); //块设备驱动注册到内核中    //major为0，内核会自动分配一个新的主设备号（ramhd_major ）      for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++)    {        rdev[i]->data = sdisk[i];         rdev[i]->gd = alloc_disk(RAMHD_MAX_PARTITIONS);        spin_lock_init(&rdev[i]->lock);  //初始化自旋锁        rdev[i]->queue = blk_init_queue(ramhd_req_func, &rdev[i]->lock);//初始化将ramhd_req_func函数与队列绑定        rdev[i]->gd->major = ramhd_major;         rdev[i]->gd->first_minor = i * RAMHD_MAX_PARTITIONS;        rdev[i]->gd->fops = &ramhd_fops;  //关联到这个设备的方法集合        rdev[i]->gd->queue = rdev[i]->queue;        rdev[i]->gd->private_data = rdev[i]; //使用这个成员来指向分配的数据        sprintf(rdev[i]->gd->disk_name, "ram_MaoRi_%c", 'a'+i);        set_capacity(rdev[i]->gd, RAMHD_SECTOR_TOTAL);        add_disk(rdev[i]->gd);   //向系统中添加这个块设备    }            return 0;}void ramhd_exit(void)  //模块卸载函数{    int i;    for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++)    {        del_gendisk(rdev[i]->gd); //删除gendisk结构体           put_disk(rdev[i]->gd);   //减少gendisk结构体的引用计数        blk_cleanup_queue(rdev[i]->queue);  //清除请求对列    }    unregister_blkdev(ramhd_major,RAMHD_NAME); ; //注销块设备     clean_ramdev();    ramhd_space_clean();  }module_init(ramhd_init);module_exit(ramhd_exit);MODULE_AUTHOR("MaoRi");MODULE_DESCRIPTION("The Ramdisk implementation with request function");MODULE_LICENSE("GPL");

参考文献：(1) ubantu14.04 32位下第一个hello world驱动程序

http://blog.csdn.net/damotiansheng/article/details/44463193

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