设备驱动简介随记

划分内核

内核的角色可以划分成下列几个部分:

进程管理

内存管理

文件系统

设备控制

网络

可加载模块

每块可以在运行时添加到内核的代码, 被称为一个模块. Linux 内核提供了对许多模块类型的支持, 包括但不限于, 设备驱动. 每个模块由目标代码组成( 没有连接成一个完整可执行文件 ), 可以动态连接到运行中的内核中, 通过 insmod 程序, 以及通过 rmmod 程序去连接.

设备和模块的分类

以 LInux 的方式看待设备可区分为 3 种基本设备类型

字符设备

块设备

网络接口

Hello World 模块

许多编程书籍从一个 "hello world" 例子开始, 作为一个展示可能的最简单的程序的方法. 本书涉及的是内核模块而不是程序; 因此, 对无耐心的读者, 下面的代码是一个完整的 "hello world"模块:

#include 
#include 
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static int hello_init(void)
{
        printk(KERN_ALERT "Hello, world\n");
        return 0;
}
static void hello_exit(void)
{

        printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

内核模块相比于应用程序

每个内核模块只注册自己以便来服务将来的请求, 并且它的初始化函数立刻终止. 换句话说, 模块初始化函数的任务是为以后调用模块的函数做准备; 好像是模块说, " 我在这里, 这是我能做的."模块的退出函数( 例子里是 hello_exit )就在模块被卸载时调用. 它好像告诉内核, "我不再在那里了, 不要要求我做任何事了."这种编程的方法类似于事件驱动的编程, 但是虽然不是所有的应用程序都是事件驱动的, 每个内核模块都是. 另外一个主要的不同, 在事件驱动的应用程序和内核代码之间, 是退出函数: 一个终止的应用程序可以在释放资源方面懒惰, 或者完全不做清理工作, 但是模块的退出函数必须小心恢复每个由初始化函数建立的东西, 否则会保留一些东西直到系统重启.

内核的并发

内核编程与传统应用程序编程方式很大不同的是并发问题. 大部分应用程序, 多线程的应用程序是一个明显的例外, 典型地是顺序运行的, 从头至尾, 不必要担心其他事情会发生而改变它们的环境. 内核代码没有运行在这样的简单世界中, 即便最简单的内核模块必须在这样的概念下编写, 很多事情可能马上发生.

结果, Linux 内核代码, 包括驱动代码, 必须是可重入的 -- 它必须能够同时在多个上下文中运行

几个别的细节

应用程序存在于虚拟内存中, 有一个非常大的堆栈区. 堆栈, 当然, 是用来保存函数调用历史以及所有的由当前活跃的函数创建的自动变量. 内核, 相反, 有一个非常小的堆栈; 它可能小到一个, 4096 字节的页. 你的函数必须与这个内核空间调用链共享这个堆栈. 因此, 声明一个巨大的自动变量从来就不是一个好主意; 如果你需要大的结构, 你应当在调用时间内动态分配.

常常, 当你查看内核 API 时, 你会遇到以双下划线(__)开始的函数名. 这样标志的函数名通常是一个低层的接口组件, 应当小心使用. 本质上讲, 双下划线告诉程序员:" 如果你调用这个函数, 确信你知道你在做什么."

内核代码不能做浮点算术. 使能浮点将要求内核在每次进出内核空间的时候保存和恢复浮点处理器的状态 -- 至少, 在某些体系上. 在这种情况下, 内核代码真的没有必要包含浮点, 额外的负担不值得.