22、深入理解 Linux 设备与设备驱动

深入理解 Linux 设备与设备驱动

1. 设备驱动基础

在计算机系统中，每个应用程序在某些时刻都会与设备进行通信。即便你有意避免，也很难不与系统中的一个或多个设备产生接触。例如，你编写了一个完全在内存中运行的复杂建模算法，但如果要保存结果，就需将数据存储到文件系统中。而且，由于系统负载，代码可能会被交换到磁盘上，向控制台输出信息可能还需要伪终端驱动。所以，无论如何，进程都会调用设备驱动。

Linux 设备驱动 API 可追溯到 UNIX 早期，此后基本保持不变。POSIX 标准对该接口进行了规范化，成为 Linux 的基础。许多设备的打开方式与磁盘上的文件类似，与这些设备驱动的通信始于打开其中一个文件。应用程序使用 open 系统调用返回的文件描述符，并使用所有以文件描述符为参数的系统调用。这实际上是一个采用函数式编程的面向对象模型，尽管它诞生于 20 世纪 70 年代，远早于面向对象编程流行之时。通常，设备通过其文件描述符（类似于对象）进行访问，并且有一组有限的系统调用可用于访问设备（类似于方法）。

设备驱动可能仅实现其所需的系统调用，因此在一个设备上有效的系统调用在另一个设备上可能无效。例如，一个驱动可能只实现 open 和 close 系统调用，但这样的驱动用处不大。当应用程序尝试使用驱动未实现的系统调用时，函数通常会返回错误指示，并根据具体的系统调用设置 errno 。

2. 设备驱动类型

设备驱动主要分为以下几类：
- 字符设备 ：PC 上的串口或用于输入 s