关于struct file 结构下 private_data 数据结构z作用

最新推荐文章于 2025-06-02 13:00:00 发布

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本文探讨了Linux VFS框架中的private_data字段，详细解释了其在不同类型的文件和设备驱动程序中的应用，如tty设备、tun/tap设备等，并通过具体代码示例展示了如何在open、read和其他函数中利用此字段。

这个是Linux下连接VFS文件系统框架和不同文件/文件系统底层实现之间的一个核心数据结构，虽然它只是一个指针，但是一个指针可以解决所有问题。我们回想一下用户态线程的创建结构，函数的入口同样是一个void*指针，而千言万语汇成一根指针，诗可以兴、可以观、可以群、可以怨，可以解决所有问题。
因为file是VFS框架的一个基本概念，它要支持文件操作结构，例如open/read/write/release之类的接口，甚至还有poll等，只有有了这些结构，它们才能被纳入VFS这个大家庭。但是对于不同的设备文件来说，它们只是披着文件外衣的设备，所以他要有自己特有的结构来和设备交流，而这private_data就是这个连接的纽带。这样说可能还是比较抽象，最后是多看一些代码感受可能会深一些。

ldd3中说到open应完成以下工作：

1.检查设备特定的错误（注入设备未就绪或类似的硬件问题）。

2.如果设备是首次打开，则对其进行初始化。

3.如有必要，更新f_op指针。

4.分配并填写置于filp->private_data里的数据结构。

宋宝华的linux设备驱动开发详解，93页写到私有数据指针private_data在设备驱动中背广泛使用，大多数指向设备驱动自定义用于描述设备的结构体。

下面是之前我遇到过的一些使用private_data的一些文件：
1、tty设备
static ssize_t tty_read(struct file * file, char __user * buf, size_t count,
            loff_t *ppos)
{
    int i;
    struct tty_struct * tty;
    struct inode *inode;
    struct tty_ldisc *ld;

    tty = (struct tty_struct *)file->private_data;
2、tun/tap设备
static ssize_t tun_chr_aio_read(struct kiocb *iocb, const struct iovec *iv,
                unsigned long count, loff_t pos)
{
    struct file *file = iocb->ki_filp;
    struct tun_struct *tun = file->private_data;
3、套接口文件
static ssize_t do_sock_read(struct msghdr *msg, struct kiocb *iocb,
        struct file *file, const struct iovec *iov,
        unsigned long nr_segs)
{
    struct socket *sock = file->private_data;
    size_t size = 0;
4、epoll文件
static int ep_eventpoll_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    struct eventpoll *ep = file->private_data;
5、shm文件
long do_shmat(int shmid, char __user *shmaddr, int shmflg, ulong *raddr)
{
……
    file->private_data = sfd;

打开设备：

open 方法提供给驱动来做任何的初始化来准备后续的操作. open 方法的原型是:

int (*open)(struct inode *inode, struct file *filp);
inode 参数有我们需要的信息,以它的 i_cdev 成员的形式, 里面包含我们之前建立的cdev 结构. 唯一的问题是通常我们不想要 cdev 结构本身, 我们需要的是包含 cdev 结构的 device_private 结构.

static int device_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
     struct device_private *private;
     private= container_of(inode->i_cdev, struct device_private, my_cdev);
     filp->private_data = private;

     private->open_flag++;
     try_module_get(THIS_MODULE);
     ...
     return 0;
}

struct file是字符设备驱动相关重要结构。struct file代表一个打开的文件描述符，它不是专门给驱动程序使用的，系统中每一个打开的文件在内核中都有一个关联的 struct file。 它由内核在 open时创建，并传递给在文件上操
作的任何函数，知道最后关闭。当文件的所有实例都关闭之后，内核释放这个数据结构。
   在 struct filed有个成员void *private_data;文档上说明该成员是系统调用时保存状态信息非常有用的资源。起初一直不明白这个private_data在驱动 open函数中的作用，后来发现private_data 这个成员在open函数被调用的时候 linux 系统就已经将其幅值为NULL，之后可供用户使用，或者比较悲剧的被用户忽略改域。
   在详细的阅读源代码后，发现 这个private_data 其实是用来保存自定义设备结构体的地址的。自定义结构体的地址被保存在private_data后，可以在read ,write 等驱动函数中被传递和调用自定义设备结构体中的成员。
   例如 可以在open函数中这么做 
struct scull_dev *dev;
dev = container_of(inode->i_cdev,struct scull_dev,cdev);
filp->private_data = dev; /*for other methods*/
（container_of这个宏返回的是地址，即结构体的地址）
  也可以使用Ｃ语言中的一些技巧实现地址的赋值
 struct s3c2440_camif *dev =&camif;
 file->private_data = dev;