LDD3学习2_chapter1:设备驱动简介

进入LDD3的篇章学习了。

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 1. 设备驱动简介

Linux作为自由操作系统的优点：内部系统对所有人都是公开的；任何人都可以进行验证、理解和修改操作系统。

设备驱动程序在linux内核中，相当于一个个独立的“黑盒子”，为某个特定的硬件响应提供了良好的内部编程接口。

这个编程接口能够使得驱动程序独立于内核的其它部分而建立，必要的情况下可在运行时“插入”内核。

2. 设备驱动程序的作用

设备驱动的作用在于提供机制，而不是提供策略。

大部分编程问题都分为两部分：“需要提供什么功能”（机制）和“如何使用这些功能”（策略）。驱动程序同样存在机制和策略分离的问题。

在编写驱动程序时，应该注意：编写访问硬件的内核代码时，不要给用户强加任何特定策略。因为不同的用户有不同的需求，驱动程序应该

处理如何使硬件可用的问题，而将怎样使用硬件的问题留个上层应用程序。

3. 内核功能划分 

根据内核完成任务的不同，可将内核功能分成如下几个部分：

a. 进程管理：

负责创建和销毁进程，并处理它们和外部世界之间的连接（输入输出）。

不同进程之间的通信（通过信号、管道或进程间通信原语）是整个系统的基本功能，因此也由内核来处理。

b. 内存管理

内存是计算机的主要资源之一，用来管理内存的策略是决定系统性能的一个关键因素。

内核在有限的可用资源之上为每个进程都创建了一个虚拟地址空间。

c. 文件系统

内核在没有结构的硬件上构造结构化的文件系统，而文件抽象在整个系统中广泛使用。

Linux支持多种文件系统类型，也就是在物理介质上组织数据的不同方式。

d. 设备控制

几乎每一个操作系统最终都会映射到物理设备上。所有设备控制操作都由与被控制设备相关的代码来完成，这段代码就叫做驱动程序。

内核必须为系统中的每件外设嵌入相应的驱动程序。

e. 网络功能

网络功能也由操作系统来管理，因为大部分网络操作和具体进程无关：数据包的传人是异步事件。

系统负责在应用程序和网络接口之间传递数据包，并根据网络活动控制程序的执行。

所有的路由和地址解析问题都由内核处理。

 

                                        内核功能划分图

4. 可装载模块

linux有一个很好的特性：内核提供的特性可在运行时进行扩展。

可在运行时添加到内核中的代码称为“模块”。

insmod将模块连接到正在运行的内核；rmmod移除连接。

5. 设备和模块的分类

• 三种基本类型：

a. 字符设备

字符设备是个能够像字节流一样被访问的设备，由字符驱动程序来实现这个种特性。字符设备通常要实现open，close，read和write系统调用。
字符设备可以通过文件系统节点来访问，这些设备文件和普通文件的唯一差别在于：对普通文件的访问可以前后移动访问位置，而大多数字符设备是一个只能循序访问的数据通道。

b. 块设备

块设备也是 通过 /dev 目录下的文件系统节点来访问。块设备（比如磁盘）上能够容纳文件系统。
Linux可以让应用程序像字符设备一样地读写块设备，允许一次传递任意多字节的数据。
块设备和字符设备的区别仅仅在于：内核内部管理数据的方式，也就是在内核中，字符设备和块设备驱动程序具有完全不同的软件接口 。

c. 网络接口

任何网络事务都经过一个网络接口形成，即一个能够和其他主机交换数据的设备。
网络接口由内核中的网络子系统驱动，负责发送和接收数据包，但它不需要了解每项事务如何映射到实际传送的数据包。说白了，也是只是提供机制，不提供策略。
就是说在网络子系统驱动中，只是负责发送数据（只是提供这个机制），至于数据是什么意思，怎么处理，交给再上一层处理（策略在这里提供）。
下面一句话，也是这个意思：
“网络驱动程序不需要知道各个连接的相关信息，它只要处理数据包即可”。    ---> “提供机制，而非策略”，牢记这句话。

注意：
内核和网络设备驱动程序间的通信，完全不同于内核和字符以及块设备之间的通信，内核调用一套和数据包传输相关的函数，而不是read、write等。

• 还有另外一种划分驱动程序模块类型的方法：

一般而言，某些驱动程序类型同内核用来支持给定类型设备的附加层一起工作。比如，每个USB设备由一个USB模块驱动，而该USB模块和USB子系统一同工作，但设备本身在系统中表现为一个字符设备（比如USB串口），一个块设备（比如USB存储卡读取器），或者一个网络设备（比如USB以太网接口）。

• 下面这句话，记住：

“内核开发者实现整个设备类型的共有特性，然后提供给驱动程序的实现者，从而避免了重复工作，降低了出现缺陷的可能，简化并增强了编写这些驱动程序的过程。”

• 除了设备驱动程序外，内核中的其他一些功能也都模块化了。比如文件系统。

一个文件系统类型（比如yaffs，jiffs2）决定了如何在块设备上组织数据，以表示目录和文件形成的树。
文件系统并不是设备驱动程序，因为没有任何实际物理设备同这种信息组织方式相关联。文件系统是个软件驱动程序，它将底层数据结构映射到高层数据结构，决定文件名可以有多长以及在目录项中存储文件的那些信息等等。

文件系统模块必须实现访问目录和文件的最底层系统调用，方法是将文件名和路径映射到数据块中的数据结构中。这种接口完全独立于在磁盘（或者其他介质）上传输的实际数据，而数据的传输由块设备驱动程序负责完成。从这里可以看出，块设备驱动程序只是实现数据传输等功能，至于什么意思，怎么访问文件目录、路径等信息交给再上一层的文件系统来完成，同样是这句话 “驱动程序只提供机制，而非策略”。

6. 安全问题 &　版本编号 & 许可证条款 & 加入内核开发社团

暂且略过，以后遇到在补充吧。