write函数是写到 *** 作系统内存吗

write的奥秘

在Linux下我们在使用设备的时候，都会用到write这个函数，通过这个函数我们可以象使

用文件那样向设备传送数据。可是为什么用户使用write函数就可以把数据写到设备里面

去，这个过程到底是怎么实现的呢？

这个奥秘就在于设备驱动程序的write实现中，这里我结合一些源代码来解释如何使得一

个简简单单的write函数能够完成向设备里面写数据的复杂过程。

这里的源代码主要来自两个地方。第一是oreilly出版的《Linux device driver》中的

实例，第二是Linux Kernel 2214核心源代码。我只列出了其中相关部分的内容，如果

读者有兴趣，也可以查阅其它源代码。不过我不是在讲解如何编写设备驱动程序，所以不

会对每一个细节都进行说明，再说有些地方我觉得自己还没有吃透。

由于《Linux device driver》一书中的例子对于我们还是复杂了一些，我将其中的一个

例程简化了一下。这个驱动程序支持这样一个设备：核心空间中的一个长度为10的数组

kbuf[10]。我们可以通过用户程序open它，read它，write它，close它。这个设备的名

字我称为short_t。

现在言归正传。

对于一个设备，它可以在/dev下面存在一个对应的逻辑设备节点，这个节点以文件的形式

存在，但它不是普通意义上的文件，它是设备文件，更确切的说，它是设备节点。这个节

点是通过mknod命令建立的，其中指定了主设备号和次设备号。主设备号表明了某一类设

备，一般对应着确定的驱动程序；次设备号一般是区分是标明不同属性，例如不同的使用

方法，不同的位置，不同的 *** 作。这个设备号是从/proc/devices文件中获得的，所以一

般是先有驱动程序在内核中，才有设备节点在目录中。这个设备号（特指主设备号）的主

要作用，就是声明设备所使用的驱动程序。驱动程序和设备号是一一对应的，当你打开一

个设备文件时， *** 作系统就已经知道这个设备所对应的驱动程序是哪一个了。这个"知道"

的过程后面就讲。

我们再说说驱动程序的基本结构吧。这里我只介绍动态模块型驱动程序（就是我们使用

insmod加载到核心中并使用rmmod卸载的那种），因为我只熟悉这种结构。

模块化的驱动程序由两个函数是固定的：int init_module(void) ；void

cleanup_module(void)。前者在insmod的时候执行，后者在rmmod的时候执行。

init_nodule在执行的时候，进行一些驱动程序初始化的工作，其中最主要的工作有三

件：注册设备；申请I/O端口地址范围；申请中断IRQ。这里和我们想知道的事情相关的只

有注册设备。

下面是一个典型的init_module函数：

int init_module(void){

int result = check_region(short_base,1)；/ 察看端口地址/

……

request_region(short_base,1,"short"); / 申请端口地址/

……

result = register_chrdev(short_major, "short", &short_fops); / 注册设备

/

……

result = request_irq(short_irq, short_interrupt, SA_INTERRUPT, "short",

NULL); / 申请IRQ /

……

return 0;

}/ init_module/

上面这个函数我只保留了最重要的部分，其中最重要的函数是

result = register_chrdev(short_major, "short", &short_fops);

这是一个驱动程序的精髓所在！！当你执行indmod命令时，这个函数可以完成三件大事：

第一，申请主设备号(short_major)，或者指定，或者动态分配；第二，在内核中注册设

备的名字("short")；第三，指定fops方法(&short_fops)。其中所指定的fops方法就是

我们对设备进行 *** 作的方法（例如read,write,seek,dir,open,release等），如何实现

这些方法，是编写设备驱动程序大部分工作量所在。

现在我们就要接触关键部分了--如何实现fops方法。

我们都知道，每一个文件都有一个file的结构，在这个结构中有一个file_operations的

结构体，这个结构体指明了能够对该文件进行的 *** 作。

下面是一个典型的file_operations结构：

struct file_operations {

loff_t (llseek) (struct file , loff_t, int);

ssize_t (read) (struct file , char , size_t, loff_t );

ssize_t (write) (struct file , const char , size_t, loff_t );

int (readdir) (struct file , void , filldir_t);

unsigned int (poll) (struct file , struct poll_table_struct );

int (ioctl) (struct inode , struct file , unsigned int, unsigned

long);

int (mmap) (struct file , struct vm_area_struct );

int (open) (struct inode , struct file );

int (flush) (struct file );

int (release) (struct inode , struct file );

int (fsync) (struct file , struct dentry );

int (fasync) (int, struct file , int);

int (check_media_change) (kdev_t dev);

int (revalidate) (kdev_t dev);

int (lock) (struct file , int, struct file_lock );

};

我们可以看到它实际上就是许多文件 *** 作的函数指针，其中就有write，其它的我们就不

去管它了。这个write指针在实际的驱动程序中会以程序员所实现的函数名字出现，它指

向程序员实现的设备write *** 作函数。下面就是一个实际的例子，这个write函数可以向核

心内存的一个数组里输入一个字符串。

int short_write (struct inode inode, struct file filp, const char buf,

int count){

int retval = count;

extern unsigned char kbuf[10];

if(count>10)

count=10;

copy_from_user(kbuf, buf, count);

return retval;

}/ short_write /

设备short_t对应的fops方法是这样声明的：

struct file_operations short_fops = {

NULL, / short_lseek /

short_read,

short_write,

NULL, / short_readdir /

NULL, / short_poll /

NULL, / short_ioctl /

NULL, / short_mmap /

short_open,

short_release,

NULL, / short_fsync /

NULL, / short_fasync /

/ nothing more, fill with NULLs /

};

其中NULL的项目就是不提供这个功能。所以我们可以看出short_t设备只提供了

read,write,open,release功能。其中write功能我们在上面已经实现了，具体的实现函

数起名为short_write。这些函数就是真正对设备进行 *** 作的函数，这就是驱动程序的一

大好处：不管你实现的时候是多么的复杂，但对用户来看，就是那些常用的文件 *** 作函数。

但是我们可以看到，驱动程序里的write函数有四个参数，函数格式如下：

short_write (struct inode inode, struct file filp, const char buf, int count)

而用户程序中的write函数只有三个参数，函数格式如下：

write(inf fd, char buf, int count)

那他们两个是怎么联系在一起的呢？这就要靠 *** 作系统核心中的函数sys_write了，下面

是Linux Kernel 2214中sys_write中的源代码：

asmlinkage ssize_t sys_write(unsigned int fd, const char buf, size_t count)

{

ssize_t ret;

struct file file;

struct inode inode;

ssize_t (write)(struct file , const char , size_t, loff_t ); / 指向

驱动程序中的wirte函数的指针/

lock_kernel();

ret = -EBADF;

file = fget(fd); / 通过文件描述符得到文件指针 /

if (!file)

goto bad_file;

if (!(file->f_mode & FMODE_WRITE))

goto out;

inode = file->f_dentry->d_inode; / 得到inode信息 /

ret = locks_verify_area(FLOCK_VERIFY_WRITE, inode, file, file->f_pos,

count);

if (ret)

goto out;

ret = -EINVAL;

if (!file->f_op || !(write = file->f_op->write)) / 将函数开始时声明的

write函数指针指向fops方法中对应的write函数 /

goto out;

down(&inode->i_sem);

ret = write(file, buf, count, &file->f_pos); / 使用驱动程序中的write函数

将数据输入设备，注意看，这里就是四个参数了 /

up(&inode->i_sem);

out:

fput(file);

bad_file:

unlock_kernel();

return ret;

}

我写了一个简单的程序来测试这个驱动程序，该程序源代码节选如下（该省的我都省了）：

main(){

int fd,count=0;

unsigned char buf[10];

fd=open("/dev/short_t",O_RDWR);

printf("input string:");

scanf("%s",buf);

count=strlen(buf);

if(count>10)

count=10;

count=write(fd,buf,count);

close(fd);

return 1;

}

现在我们就演示一下用户使用write函数将数据写到设备里面这个过程到底是怎么实现的：

1，insmod驱动程序。驱动程序申请设备名和主设备号，这些可以在/proc/devIEces中获得。

2，从/proc/devices中获得主设备号，并使用mknod命令建立设备节点文件。这是通过主

设备号将设备节点文件和设备驱动程序联系在一起。设备节点文件中的file属性中指明了

驱动程序中fops方法实现的函数指针。

3，用户程序使用open打开设备节点文件，这时 *** 作系统内核知道该驱动程序工作了，就

调用fops方法中的open函数进行相应的工作。open方法一般返回的是文件标示符，实际

上并不是直接对它进行 *** 作的，而是有 *** 作系统的系统调用在背后工作。

4，当用户使用write函数 *** 作设备文件时， *** 作系统调用sys_write函数，该函数首先通

过文件标示符得到设备节点文件对应的inode指针和flip指针。inode指针中有设备号信

息，能够告诉 *** 作系统应该使用哪一个设备驱动程序，flip指针中有fops信息，可以告诉

*** 作系统相应的fops方法函数在那里可以找到。

5，然后这时sys_write才会调用驱动程序中的write方法来对设备进行写的 *** 作。

其中1-3都是在用户空间进行的，4-5是在核心空间进行的。用户的write函数和 *** 作系统

的write函数通过系统调用sys_write联系在了一起。

注意：

对于块设备来说，还存在写的模式的问题，这应该是由GNU C库来解决的，这里不予讨

论，因为我没有看过GNU C库的源代码。

因为你每次读的都是第一个字，没有变过；所以会无限制的读下去。

你可以使用ReadLine（） 一行一行的读取，Read（）返回的是int 类型的

c=fwWriter():这种是错误的，Writer()方法返回类型是Void

首先要明白不带缓冲的概念：所谓不带缓冲，并不是指内核不提供缓冲，而是只单纯的系统调用，不是函数库的调用。系统内核对磁盘的读写都会提供一个块缓冲，当用write函数对其写数据时，直接调用系统调用，将数据写入到块缓冲进行排队，当块缓冲达到一定的量时，才会把数据写入磁盘。因此所谓的不带缓冲的I/O是指进程不提供缓冲功能。每调用一次write或read函数，直接系统调用。

而带缓冲的I/O是指进程对输入输出流进行了改进，提供了一个流缓冲，当用fwrite函数网磁盘写数据时，先把数据写入流缓冲区中，当达到一定条件，比如流缓冲区满了，或刷新流缓冲，这时候才会把数据一次送往内核提供的块缓冲，再经块缓冲写入磁盘

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