linux内核和用户空间通信机制分析--文件系统实现方式.doc

内核和用户空间通信第一部分---文件系统方式
2010-10-08http://blog.csdn.net/wwwlkk/NUMPAGES24
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内核和用户空间通信—文件系统方式
TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc274293432"（1）重要的数据结构 PAGEREF_Toc274293432\h1
HYPERLINK\l"_Toc274293433"（2）misc设备实现分析 PAGEREF_Toc274293433\h2
HYPERLINK\l"_Toc274293434"(2.2)使用misc设备实现通信 PAGEREF_Toc274293434\h8
HYPERLINK\l"_Toc274293435"(3)procfs实现分析 PAGEREF_Toc274293435\h9
HYPERLINK\l"_Toc274293436"（4）sysctl文件系统实现分析 PAGEREF_Toc274293436\h13
HYPERLINK\l"_Toc274293437"（5）seq_file PAGEREF_Toc274293437\h17
HYPERLINK\l"_Toc274293438"附录1四个重要的数据结构 PAGEREF_Toc274293438\h20

（1）重要的数据结构
为了更好的理解和描述通信原理，需要先认识一下4个重要的数据结构，分别是file_operations，file，inode，dentry。

文件操作集
file_operations结构包含了一组函数指针，每个打开的文件（在内核里面由file结构表示）和一组函数关联（通过file结构中指向file_operations结构的f_op字段）。这些操作组要用来实现系统调用，例如open，read等等。

file结构
file结构表示一个打开的文件（系统中每个打开的文件在内核空间都对应一个file结构）。它由内核在open时创建，由close释放(进程撤销时也会释放)。
file结构中最重要的成员罗列如下：
loff_tf_pos；
当前读/写位置
structfile_operations*f_op；
指向一个文件操作集结构。内核在执行open时对这个指针赋值，以后要处理相关系统调用时就直接调用这个指针。
例如：write()系统调用时将直接调用file->f_op->write()。
structdentry*f_dentry；
文件对应的目录项结构。可以通过file->f_dentry->d->d_inode来访问索引节点。

inode结构
内核用inode结构在内部表示文件，它和file结构不同，后者表示打开的文件描述符，对于一个文件，可能会有许多个表示打开的文件描述符的file结构，但它们都指向唯一的inode对象。
inode结构中最重要的成员罗列如下：
dev_ti_rdev；
对表示设备文件的inode结构，该字段包含了设备标号(主/次设备号)。
structcdev*i_cdev；
指向一个字符设备驱动程序对象。
conststructinode_operations*i_op;
指向索引结点操作集。
例如，系统调用mkdir将会调用这里的函数inode->i_op->mkdir()
conststructfile_operations*i_fop;
指向文件操作集。当执行open时，将使用这个这里的指针赋值file结构的f_op。

dentry结构
对于进程查找的每个路径名的分量，内核都为其创建一个dentry结构。
例如，在查找路径名/dev/test时，内核为根目录“/”创建一个dentry结构，为dev创建二级dentry结构，为test创建三级dentry结构。

经典的内核与用户空间的通信（使用read和write系统调用）
用户空间需要将某些数据传递给内核，并指定数据的处理函数。
用户空间需要从内核读取数据，并指定数据的读取函数。

当执行open时，file结构的f_op将会指向要求的操作集函数集，也就是inode结构中的i_fop。通信的实现机制就是，注册inode结构，令inode的i_fop指向要求的操作集函