文件系统关联

一、文件系统关联

设备文件都是由标准函数处理，类似于普通文件。设备文件也是通过虚拟文件系统来管理，和普通文件都是通过完全相同的接口访问。

1、inode中设备文件的成员数据

虚拟文件系统每个文件都关联到一个inode，用于管理文件的属性。具体代码如下：

  唯一地标识与一个设备文件关联的设备，内核在i_mode中存储文件类型（面向块，面向字符），而且在i_rdev中存储主从设备号。主从设备号在内核中合并为一种变量类型为dev_t。

在内核开发当中认为必要的时候会进行修改，只应该使用俩个函数imajor和iminor来从i_rdev提取主设备呈和从设备号，这两个函数都只需要一个指向inode实例的指针作为参数。

  代码中const struct file_operations        *i_fop;是一组函数指针的集合，包括许多文件操作（打开、读取、写入等等）,这些由虚拟文件系统使用来处理块设备。内核会根据inode表示块设备还是字符设备，使用i_bdev或i_cdev指向更具体的信息。

  实际上，inode是VFS使用的一个对象，用于存放内核在操作文件或目录时所需要的全部信息。索引节点有两种：一种是VFS索引节点，存在内存中；另一种具体文件系统的索引节点，存在磁盘当中，使用时将其读入内存填充VFS的索引节点，之后对VFS索引节点的任何修改都将写回磁盘更新磁盘的索引节点。

2、标准文件操作

在打开一个设备文件时，各种文件系统的实现基本都会调用init_special_inode函数，为块设备或者字符设备创建一个inode。具体代码如下：

  文件系统实现都会调用init_special_inode函数，为块设备或者字符设备创建一个inode。通过mode参数传递进来的设备类型之外，底层文件系统还必须返回主从设备号。代码中会根据设备类型，向inode提供不同的文件操作。

3、字符设备标准操作

每个设备文件都需要一组独立、自定义操作。具体源码如下：

4、块设备标准操作

与字符设备相比，块设备操作的指针会集中到一个叫作blk_fops通用的结构体。具体源码如下：

  读写操作由通用的内核例程进行完成，内核中缓存自动用于块设备。file_operations和block_device_operations结构体类型比较类似。File_operations由VFS层用来与用户空间通信，其中的例程会调用block_device_operations中的函数，以实现跟块设备进行通信。block_device_operations必须针对各种块设备树分别实现，对设备的属性加以抽象，而在此基础上建立的file_operations。使它同样操作即可处理所有的块设备。

二、字符设备操作

字符设备是由struct cdev表示，同时内核维护一个数据库，包括所有活动的cdev实例。

1、表示字符设备具体源码如下：

2、打开设备文件

通过chrdev_open打开字符设备的通用函数。具体源码如下：

假设表示设备文件的inode没有被打开过，根据给出的设备编号，kobject_lookup查询字符设备的数据库，并返回与该驱动程序关联的kobject实例，该返回值可用于获取cdev实例。

chrdev_open()：找到特定设备的file_operation-->f_op->open

获取对应的设备的cdev实例，内核通过cdev->ops还可以访问特点于设备的file_operations。设备各种数据结构之间的关联关系如下图所示：

3、读写操作

  读写字符设备文件，其实虚拟文件和设备驱动程序代码之间已建立关联。调用标准库的读写操作，向内核发出一些系统调用，最终会调用file_operations结构中的相关操作（重点为read和wirte）。只需要调用内核函数来完成操作，具体源码如下：