Linux 字符设备驱动开发基础（三）—— read()、write() 相关函数解析

       我们在前面讲到了file_operations，其是一个函数指针的集合，用于存放我们定义的用于操作设备的函数的指针，如果我们不定义，它默认保留为NULL。其中有最重要的几个函数，分别是open()、read()、write()、ioctl()，下面分别对其进行解析

     

一、 打开和关闭设备函数

a -- 打开设备

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

在操作设备前必须先调用open函数打开文件，可以干一些需要的初始化操作。当然，如果不实现这个函数的话，驱动会默认设备的打开永远成功。打开成功时open返回0。

b -- 关闭设备      

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

当设备文件被关闭时内核会调用这个操作，当然这也可以不实现，函数默认为NULL。关闭设备永远成功。

这两个函数已经讲过，这里不再赘述，主要看下面几个函数

二、read()、write() 函数

        现在把 read()、write() 两个函数放一起讲，因为两个函数非密不可分的，先看一下两个函数的定义 

a -- read() 函数

   函数原型         ssize_t (*read) (struct file * filp, char __user * buffer, size_t    size , loff_t * p);    参数含义

 filp       ：为进行读取信息的目标文件，

 buffer  ：为对应放置信息的缓冲区（即用户空间内存地址）；

 size     ：为要读取的信息长度；

 p          ：为读的位置相对于文件开头的偏移，在读取信息后，这个指针一般都会移动，

                 移动的值为要读取信息的长度值

b -- write() 函数

   函数原型         ssize_t (*write) (struct file * filp, const char __user *   buffer, size_t count, loff_t * ppos);    参数含义

filp      ：为目标文件结构体指针；

buffer ：为要写入文件的信息缓冲区；

count  ：为要写入信息的长度；

ppos   ：为当前的偏移位置，这个值通常是用来判断写文件是否越界

         

       两个函数的作用分别是 从设备中获取数据及发送数据给设备，应用程序中与之对应的也有 write() 函数及 read() 函数：

    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)

       我们知道，应用程序工作在用户空间，而驱动工作在内核空间，二者不能直接通信的，那我们用何种方法进行通信呢？下面介绍一下内核中的memcpy---copy_from_user和copy_to_user，虽然说内核中不能使用C库提供的函数，但是内核也有一个memcpy的函数，用法跟C库中的一样。

        下面看一下copy_from_user() 及 copy_to_user() 函数的定义：

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;}

可以看到两个函数均是调用了_memcpy() 函数：

static void volatile_memcpy(volatile char *to, const volatile char *from,     unsigned long n){while (n--)*(to++) = *(from++);}

       其实在这里，我们可以思考，既然拷贝的功能上面的_memcpy() 函数就可以实现，为什么还要封装成 copy_to_user()和copy_from_user()呢?答案是_memcpy() 函数是有缺陷的，譬如我们在用户层调用函数时传入的不是字符串，而是一个不能访问或修改的地址，那样就会造成系统崩溃。

      出于上面的原因，内核和用户态之间交互的数据时必须要先对数据进行检测，如果数据是安全的，才可以进行数据交互。上面的函数就是memcpy的改进版，在memcpy功能的基础上加上的检查传入参数的功能，防止有些人有意或者无意的传入无效的参数。

     

      现在我们可以审视一下这两个函数了：

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的参数一样，但它根据传参方向的不同分开了两个函数。

"to"是相对于内核态来说的。所以，to函数的意思是从from指针指向的数据将n个字节的数据传到to指针指向的数据。

"from"也是相对于内核来说的。所以，from函数的意思是从from指针指向的数据将n个字节的数据传到to指针指向的数据。

返回值：函数的返回值是指定要读取的n个字节中还剩下多少字节还没有被拷贝。

注意：

一般的，如果返回值不为0时，调用copy_to_user的函数会返回错误号-EFAULT表示操作出错。当然也可以自己决定。

又到了摆实例的时候了，这里只列出部分代码，看看这两个函数的用法：

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;}

测试程序：

#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);}

      到这里open、close、read、write四个函数已经学完，下面我们来看一下四个函数使用时，到底经历了一个怎样的过程：

注：箭头方向是从调用的一方指向受作用的一方