Linux内核编程初探：块设备驱动程序——Ramdisk

最新推荐文章于 2023-04-10 17:02:35 发布

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分类专栏：嵌入式&&Linux 文章标签： Ramdisk 块设备

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https://blog.youkuaiyun.com/my_xxh/article/details/48785667

第一个步骤：编写hello world驱动程序

（1）构造内核源码树

（2）到hello.c文件目录下执行make，生成hello.ko文件以及其他相关文件

（3）执行sudo insmod ./hello.ko加载模块

（4）执行Ismod (查看模块的命令)就可以看到hello模块

（5） sudo rmmod hello

Makefile文件内容：

obj-m := ramhd_req.o
KERNELDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm -f *.o *.ko *.mod.* *.order *.symvers

代码分析：int register_blkdev(unsigned int major, const char *name);major 参数是块设备要使用的主设备号，name为设备名，它会在/proc/devices中被显示。如果major为0，内核会自动分配一个新的主设备号register_blkdev()函数的返回值就是这个主设备号。如果返回1个负值，表明发生了一个错误。

kmalloc和vmalloc的区别
1、kmalloc保证分配的内存在物理上是连续的,vmalloc保证的是在虚拟地址空间上的连续
2、kmalloc能分配的大小有限,vmalloc能分配的大小相对较大
3、vmalloc比kmalloc要慢
4、kmallloc使用的是slab内存分配机制，而vmalloc使用的是伙伴系统分配机制，这也是造成它们区别的根本所在

return   -EFAULT;   //errno:14   地址错
return   -EAGAIN;   //errno:11   资源暂时不可用
return   -EINTR;   //errno:4     中断的函数调用
return   -ESPIPE     //errno:29   无效的文件指针重定位
return   -ENOTTY;//errno:25     不适当的IO控制操作

重点内容：.owner = THIS_MODULE为什么加“点”的原因
这种方式称为指定初始化源自ISO C99标准初始化不必严格按照定义时的顺序

#include <linux/module.h> //支持动态添加和卸载模块
#include <linux/kernel.h> //驱动要写入内核，与内核相关的头文件
#include <linux/init.h> //初始化头文件
#include <linux/fs.h> //包含了文件操作相关struct的定义
#include <linux/types.h> //对一些特殊类型的定义
#include <linux/fcntl.h> //定义了文件操作等所用到的相关宏
#include <linux/vmalloc.h> //vmalloc()分配的内存虚拟地址上连续，物理地址不连续
#include <linux/blkdev.h> //采用request方式块设备驱动程序需要调用blk_init_queue 分配请求队列
#include <linux/hdreg.h> //硬盘参数头文件，定义访问硬盘寄存器端口、状态码和分区表等信息。
#define RAMHD_NAME "Mao_rd" //设备名称
#define RAMHD_MAX_DEVICE 2 //最大设备数
#define RAMHD_MAX_PARTITIONS 4 //最大分区数
#define RAMHD_SECTOR_SIZE 512 //扇区大小
#define RAMHD_SECTORS 16 //扇区数 http://www.embedu.org/Column/Column863.htm
#define RAMHD_HEADS 4 //磁头数
#define RAMHD_CYLINDERS 256 //磁道(柱面)数
#define RAMHD_SECTOR_TOTAL (RAMHD_SECTORS * RAMHD_HEADS * RAMHD_CYLINDERS) //总大小
#define RAMHD_SIZE (RAMHD_SECTOR_SIZE * RAMHD_SECTOR_TOTAL) //8MB
typedef struct{
unsigned char *data; //设备数据空间首地址
struct request_queue *queue; //设备请求队列
spinlock_t lock; //互斥自旋锁
struct gendisk *gd; //通用磁盘结构体
}RAMHD_DEV;
static char *sdisk[RAMHD_MAX_DEVICE]; //分配内存的首地址
static RAMHD_DEV *rdev[RAMHD_MAX_DEVICE]; //分配内存的首地址
static dev_t ramhd_major; //主设备号
static int ramhd_space_init(void)
{
int i;
int err = 0;
for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){
sdisk[i] = vmalloc(RAMHD_SIZE); //申请RAMBLK_SIZE内存物理地址不连续，虚拟地址连续
if(!sdisk[i]){
err = -ENOMEM; //errno:12 内存不足
return err;
}
memset(sdisk[i], 0, RAMHD_SIZE); //用0来初始化分配的内存空间
}
return err;
}
static void ramhd_space_clean(void)
{
int i;
for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){
vfree(sdisk[i]); //释放分配的内存
}
}
static int alloc_ramdev(void)
{
int i;
for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){
rdev[i] = kzalloc(sizeof(RAMHD_DEV), GFP_KERNEL); //向内核申请存放RAMHD_DEV结构体的内存空间
if(!rdev[i])
return -ENOMEM; //errno:12 内存不足
}
return 0;
}
static void clean_ramdev(void)
{
int i;
for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){
if(rdev[i])
kfree(rdev[i]); //释放分配的内存
}
}
int ramhd_open(struct block_device *bdev, fmode_t mode) //设备打开用到
{
return 0;
}
void ramhd_release(struct gendisk *gd, fmode_t mode) //设备关闭用到
{
}
static int ramhd_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode, unsigned int cmd, unsigned long arg) //IO控制
{
int err;
struct hd_geometry geo; //hd_geometry结构体包含磁头，扇区，柱面等信息
switch(cmd)
{
case HDIO_GETGEO: //获取块设备的物理参数
err = !access_ok(VERIFY_WRITE, arg, sizeof(geo));//检查指针所指向的存储块是否可写
if(err) return -EFAULT; //errno:14 地址错
geo.cylinders = RAMHD_CYLINDERS; //柱面数
geo.heads = RAMHD_HEADS; //磁头数
geo.sectors = RAMHD_SECTORS; //扇区数
geo.start = get_start_sect(bdev); //起始地址
if(copy_to_user((void *)arg, &geo, sizeof(geo)))
//把内核地址&geo指示的数据复制到arg指代的用户空间的地址上
return -EFAULT; //errno:14 地址错
return 0;
}
return -ENOTTY; //errno:25 不适当的IO控制操作
}
static struct block_device_operations ramhd_fops = //用来描述一个块设备的操作函数集
{ .owner = THIS_MODULE,//“加点”这种方式称为指定初始化源自ISO C99标准初始化不必严格按照定义时的顺序
.open = ramhd_open,
.release = ramhd_release,
.ioctl = ramhd_ioctl,
};
void ramhd_req_func (struct request_queue *q) //处理传递给这个设备的请求
{
struct request *req; //用来提取req
RAMHD_DEV *pdev;
char *pData;
unsigned long addr, size, start;
req = blk_fetch_request(q); //从块设备队列提取存储的req;
//blk_fetch_request()可以多次调用，如果queue里面没有内容，req将返回NULL
while (req) { //判断当前request是否合法循环从请求队列中获取下一个要处理的请求
start = blk_rq_pos(req); // 获取当前request结构的起始扇区
pdev = (RAMHD_DEV *)req->rq_disk->private_data; //获得设备结构体指针
pData = pdev->data;//设备地址
addr = (unsigned long)pData + start * RAMHD_SECTOR_SIZE;//计算地址
size = blk_rq_cur_bytes(req); //访问 req 的下一段数据
if (rq_data_dir(req) == READ) //获得数据传送方向.返回0表示从设备读取,否则表示写向设备.
memcpy(req->buffer, (char *)addr, size); //读
else
memcpy((char *)addr, req->buffer, size); //写
if(!__blk_end_request_cur(req, 0)) //这个函数处理完返回false
req = blk_fetch_request(q); //继续取出请求队列中的请求
}
}
int ramhd_init(void) //初始化
{
int i;
ramhd_space_init();
alloc_ramdev();
ramhd_major = register_blkdev(0, RAMHD_NAME); //块设备驱动注册到内核中
//major为0，内核会自动分配一个新的主设备号（ramhd_major ）
for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++)
{
rdev[i]->data = sdisk[i];
rdev[i]->gd = alloc_disk(RAMHD_MAX_PARTITIONS);
spin_lock_init(&rdev[i]->lock); //初始化自旋锁
rdev[i]->queue = blk_init_queue(ramhd_req_func, &rdev[i]->lock);//初始化将ramhd_req_func函数与队列绑定
rdev[i]->gd->major = ramhd_major;
rdev[i]->gd->first_minor = i * RAMHD_MAX_PARTITIONS;
rdev[i]->gd->fops = &ramhd_fops; //关联到这个设备的方法集合
rdev[i]->gd->queue = rdev[i]->queue;
rdev[i]->gd->private_data = rdev[i]; //使用这个成员来指向分配的数据
sprintf(rdev[i]->gd->disk_name, "ram_MaoRi_%c", 'a'+i);
set_capacity(rdev[i]->gd, RAMHD_SECTOR_TOTAL);
add_disk(rdev[i]->gd); //向系统中添加这个块设备
}
return 0;
}
void ramhd_exit(void) //模块卸载函数
{
int i;
for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++)
{
del_gendisk(rdev[i]->gd); //删除gendisk结构体
put_disk(rdev[i]->gd); //减少gendisk结构体的引用计数
blk_cleanup_queue(rdev[i]->queue); //清除请求对列
}
unregister_blkdev(ramhd_major,RAMHD_NAME); ; //注销块设备
clean_ramdev();
ramhd_space_clean();
}
module_init(ramhd_init);
module_exit(ramhd_exit);
MODULE_AUTHOR("MaoRi");
MODULE_DESCRIPTION("The Ramdisk implementation with request function");
MODULE_LICENSE("GPL");