嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)之：字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以使用模塊的方式動(dòng)態(tài)加載到內(nèi)核中去。加載模塊的方式與以往的應(yīng)用程序開發(fā)有很大的不同。以往在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)都有一個(gè)main()函數(shù)作為程序的入口點(diǎn)，而在驅(qū)動(dòng)開發(fā)時(shí)卻沒有main()函數(shù)，模塊在調(diào)用insmod命令時(shí)被加載，此時(shí)的入口點(diǎn)是init_module()函數(shù)，通常在該函數(shù)中完成設(shè)備的注冊(cè)。同樣，模塊在調(diào)用rmmod命令時(shí)被卸載，此時(shí)的入口點(diǎn)是cleanup_module()函數(shù)，在該函數(shù)中完成設(shè)備的卸載。在設(shè)備完成注冊(cè)加載之后，用戶的應(yīng)用程序就可以對(duì)該設(shè)備進(jìn)行一定的操作，如open()、read()、write()等，而驅(qū)動(dòng)程序就是用于實(shí)現(xiàn)這些操作，在用戶應(yīng)用程序調(diào)用相應(yīng)入口函數(shù)時(shí)執(zhí)行相關(guān)的操作，init_module()入口點(diǎn)函數(shù)則不需要完成其他如read()、write()之類功能。

上述函數(shù)之間的關(guān)系如圖11.3所示。

圖11.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序流程圖

用戶應(yīng)用程序調(diào)用設(shè)備的一些功能是在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中定義的，也就是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的入口點(diǎn)，它是一個(gè)在<linux/fs.h>中定義的structfile_operations結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)內(nèi)核結(jié)構(gòu)，不會(huì)出現(xiàn)在用戶空間的程序中，它定義了常見文件I/O函數(shù)的入口，如下所示：

structfile_operations

{

loff_t(*llseek)(structfile*,loff_t,int);

ssize_t(*read)(structfile*filp,

char*buff,size_tcount,loff_t*offp);

ssize_t(*write)(structfile*filp,

constchar*buff,size_tcount,loff_t*offp);

int(*readdir)(structfile*,void*,filldir_t);

unsignedint(*poll)(structfile*,structpoll_table_struct*);

int(*ioctl)(structinode*,

structfile*,unsignedint,unsignedlong);

int(*mmap)(structfile*,structvm_area_struct*);

int(*open)(structinode*,structfile*);

int(*flush)(structfile*);

int(*release)(structinode*,structfile*);

int(*fsync)(structfile*,structdentry*);

int(*fasync)(int,structfile*,int);

int(*check_media_change)(kdev_tdev);

int(*revalidate)(kdev_tdev);

int(*lock)(structfile*,int,structfile_lock*);

};

這里定義的很多函數(shù)是否跟第6章中的文件I/O系統(tǒng)調(diào)用類似？其實(shí)當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)通過內(nèi)核，最終調(diào)用對(duì)應(yīng)的structfile_operations結(jié)構(gòu)的接口函數(shù)（例如，open()文件操作是通過調(diào)用對(duì)應(yīng)文件的file_operations結(jié)構(gòu)的open函數(shù)接口而被實(shí)現(xiàn)）。當(dāng)然，每個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序不一定要實(shí)現(xiàn)其中所有的函數(shù)操作，若不需要定義實(shí)現(xiàn)時(shí)，則只需將其設(shè)為NULL即可。

structinode結(jié)構(gòu)提供了關(guān)于設(shè)備文件/dev/driver（假設(shè)此設(shè)備名為driver）的信息，structfile結(jié)構(gòu)提供關(guān)于被打開的文件信息，主要用于與文件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使用。structfile結(jié)構(gòu)較為重要，這里列出了它的定義：

structfile

{

mode_tf_mode;/*標(biāo)識(shí)文件是否可讀或可寫，F(xiàn)MODE_READ或FMODE_WRITE*/

dev_tf_rdev;/*用于/dev/tty*/

off_tf_pos;/*當(dāng)前文件位移*/

unsignedshortf_flags;/*文件標(biāo)志，如O_RDONLY、O_NONBLOCK和O_SYNC*/

unsignedshortf_count;/*打開的文件數(shù)目*/

unsignedshortf_reada;

structinode*f_inode;/*指向inode的結(jié)構(gòu)指針*/

structfile_operations*f_op;/*文件索引指針*/

};

（1）早期版本的字符設(shè)備注冊(cè)。

早期版本的設(shè)備注冊(cè)使用函數(shù)register_chrdev()，調(diào)用該函數(shù)后就可以向系統(tǒng)申請(qǐng)主設(shè)備號(hào)，如果register_chrdev()操作成功，設(shè)備名就會(huì)出現(xiàn)在/proc/devices文件里。在關(guān)閉設(shè)備時(shí)，通常需要解除原先的設(shè)備注冊(cè)，此時(shí)可使用函數(shù)unregister_chrdev()，此后該設(shè)備就會(huì)從/proc/devices里消失。其中主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)不能大于255。

當(dāng)前不少的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼仍然使用這些早期版本的函數(shù)接口，但在未來內(nèi)核的代碼中，將不會(huì)出現(xiàn)這種編程接口機(jī)制。因此應(yīng)該盡量使用后面講述的編程機(jī)制。

register_chrdev()函數(shù)格式如表11.1所示。

表11.1 register_chrdev()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/fs.h>

函數(shù)原型

intregister_chrdev(unsignedintmajor,constchar*name,structfile_operations*fops)

函數(shù)傳入值

major：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序向系統(tǒng)申請(qǐng)的主設(shè)備號(hào)，如果為0則系統(tǒng)為此驅(qū)動(dòng)程序動(dòng)態(tài)地分配一個(gè)主設(shè)備號(hào)

name：設(shè)備名

fops：對(duì)各個(gè)調(diào)用的入口點(diǎn)

函數(shù)返回值

成功：如果是動(dòng)態(tài)分配主設(shè)備號(hào)，此返回所分配的主設(shè)備號(hào)。且設(shè)備名就會(huì)出現(xiàn)在/proc/devices文件里

出錯(cuò)：-1

unregister_chrdev()函數(shù)格式如下表11.2所示：

表11.2 unregister_chrdev()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/fs.h>

函數(shù)原型

intunregister_chrdev(unsignedintmajor,constchar*name)

函數(shù)傳入值

major：設(shè)備的主設(shè)備號(hào)，必須和注冊(cè)時(shí)的主設(shè)備號(hào)相同

name：設(shè)備名

函數(shù)返回值

成功：0，且設(shè)備名從/proc/devices文件里消失

出錯(cuò)：-1

（2）設(shè)備號(hào)相關(guān)函數(shù)。

在前面已經(jīng)提到設(shè)備號(hào)有主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)，其中主設(shè)備號(hào)表示設(shè)備類型，對(duì)應(yīng)于確定的驅(qū)動(dòng)程序，具備相同主設(shè)備號(hào)的設(shè)備之間共用同一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，而用次設(shè)備號(hào)來標(biāo)識(shí)具體物理設(shè)備。因此在創(chuàng)建字符設(shè)備之前，必須先獲得設(shè)備的編號(hào)（可能需要分配多個(gè)設(shè)備號(hào)）。

在Linux2.6的版本中，用dev_t類型來描述設(shè)備號(hào)（dev_t是32位數(shù)值類型，其中高12位表示主設(shè)備號(hào)，低20位表示次設(shè)備號(hào)）。用兩個(gè)宏MAJOR和MINOR分別獲得dev_t設(shè)備號(hào)的主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)，而且用MKDEV宏來實(shí)現(xiàn)逆過程，即組合主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)而獲得dev_t類型設(shè)備號(hào)。

分配設(shè)備號(hào)有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的兩種方法。靜態(tài)分配(register_chrdev_region()函數(shù))是指在事先知道設(shè)備主設(shè)備號(hào)的情況下，通過參數(shù)函數(shù)指定第一個(gè)設(shè)備號(hào)（它的次設(shè)備號(hào)通常為0）而向系統(tǒng)申請(qǐng)分配一定數(shù)目的設(shè)備號(hào)。動(dòng)態(tài)分配（alloc_chrdev_region()）是指通過參數(shù)僅設(shè)置第一個(gè)次設(shè)備號(hào)（通常為0，事先不會(huì)知道主設(shè)備號(hào)）和要分配的設(shè)備數(shù)目而系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配所需的設(shè)備號(hào)。

通過unregister_chrdev_region()函數(shù)釋放已分配的（無論是靜態(tài)的還是動(dòng)態(tài)的）設(shè)備號(hào)。

它們的函數(shù)格式如表11.3所示。

表11.3 設(shè)備號(hào)分配與釋放函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/fs.h>

函數(shù)原型

intregister_chrdev_region(dev_tfirst,unsignedintcount,char*name)

intalloc_chrdev_region(dev_t*dev,unsignedintfirstminor,unsignedintcount,char*name)

voidunregister_chrdev_region(dev_tfirst,unsignedintcount)

函數(shù)傳入值

first：要分配的設(shè)備號(hào)的初始值

count：要分配（釋放）的設(shè)備號(hào)數(shù)目

name：要申請(qǐng)?jiān)O(shè)備號(hào)的設(shè)備名稱（在/proc/devices和sysfs中顯示）

dev：動(dòng)態(tài)分配的第一個(gè)設(shè)備號(hào)

函數(shù)返回值

成功：0（只限于兩種注冊(cè)函數(shù)）

出錯(cuò)：-1（只限于兩種注冊(cè)函數(shù)）

（3）最新版本的字符設(shè)備注冊(cè)。

在獲得了系統(tǒng)分配的設(shè)備號(hào)之后，通過注冊(cè)設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備號(hào)和驅(qū)動(dòng)程序之間的關(guān)聯(lián)。這里講解2.6內(nèi)核中的字符設(shè)備的注冊(cè)和注銷過程。

在Linux內(nèi)核中使用structcdev結(jié)構(gòu)來描述字符設(shè)備，我們?cè)隍?qū)動(dòng)程序中必須將已分配到的設(shè)備號(hào)以及設(shè)備操作接口（即為structfile_operations結(jié)構(gòu)）賦予structcdev結(jié)構(gòu)變量。首先使用cdev_alloc()函數(shù)向系統(tǒng)申請(qǐng)分配structcdev結(jié)構(gòu)，再用cdev_init()函數(shù)初始化已分配到的結(jié)構(gòu)并與file_operations結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來。最后調(diào)用cdev_add()函數(shù)將設(shè)備號(hào)與structcdev結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)并向內(nèi)核正式報(bào)告新設(shè)備的注冊(cè)，這樣新設(shè)備可以被用起來了。

如果要從系統(tǒng)中刪除一個(gè)設(shè)備，則要調(diào)用cdev_del()函數(shù)。具體函數(shù)格式如表11.4所示。

表11.4 最新版本的字符設(shè)備注冊(cè)

所需頭文件

#include<linux/cdev.h>

函數(shù)原型

sturctcdev*cdev_alloc(void)

voidcdev_init(structcdev*cdev,structfile_operations*fops)

intcdev_add(structcdev*cdev,dev_tnum,unsignedintcount)

voidcdev_del(structcdev*dev)

函數(shù)傳入值

cdev：需要初始化/注冊(cè)/刪除的structcdev結(jié)構(gòu)

fops：該字符設(shè)備的file_operations結(jié)構(gòu)

num：系統(tǒng)給該設(shè)備分配的第一個(gè)設(shè)備號(hào)

count：該設(shè)備對(duì)應(yīng)的設(shè)備號(hào)數(shù)量

函數(shù)返回值

成功：

cdev_alloc：返回分配到的structcdev結(jié)構(gòu)指針

cdev_add：返回0

出錯(cuò)：

cdev_alloc：返回NULL

cdev_add：返回-1

2.6內(nèi)核仍然保留早期版本的register_chrdev()等字符設(shè)備相關(guān)函數(shù)，其實(shí)從內(nèi)核代碼中可以發(fā)現(xiàn)，在register_chrdev()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)中用到cdev_alloc()和cdev_add()函數(shù)，而在unregister_chrdev()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)中調(diào)用cdev_del()函數(shù)。因此很多代碼仍然使用早期版本接口，但這種機(jī)制將來會(huì)從內(nèi)核中消失。

前面已經(jīng)提到字符設(shè)備的實(shí)際操作在structfile_operations結(jié)構(gòu)的一組函數(shù)中定義，并在驅(qū)動(dòng)程序中需要與字符設(shè)備結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來。下面討論structfile_operations結(jié)構(gòu)中最主要的成員函數(shù)和它們的用法。

（4）打開設(shè)備。

打開設(shè)備的函數(shù)接口是open，根據(jù)設(shè)備的不同，open函數(shù)接口完成的功能也有所不同，但通常情況下在open函數(shù)接口中要完成如下工作。

n 遞增計(jì)數(shù)器，檢查錯(cuò)誤。

n 如果未初始化，則進(jìn)行初始化。

n 識(shí)別次設(shè)備號(hào)，如果必要，更新f_op指針。

n 分配并填寫被置于filp->private_data的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

其中遞增計(jì)數(shù)器是用于設(shè)備計(jì)數(shù)的。由于設(shè)備在使用時(shí)通常會(huì)打開多次，也可以由不同的進(jìn)程所使用，所以若有一進(jìn)程想要?jiǎng)h除該設(shè)備，則必須保證其他設(shè)備沒有使用該設(shè)備。因此使用計(jì)數(shù)器就可以很好地完成這項(xiàng)功能。

這里，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器操作的是在2.6內(nèi)核早期版本的<linux/module.h>中定義的3個(gè)宏，它們?cè)谧钚掳姹纠镌缇拖Я?，在下面列出只是為了幫讀者理解老版本中的驅(qū)動(dòng)代碼。

n MOD_INC_USE_COUNT：計(jì)數(shù)器加1。

n MOD_DEC_USE_COUNT：計(jì)數(shù)器減1。

n MOD_IN_USE：計(jì)數(shù)器非零時(shí)返回真。

另外，當(dāng)有多個(gè)物理設(shè)備時(shí)，就需要識(shí)別次設(shè)備號(hào)來對(duì)各個(gè)不同的設(shè)備進(jìn)行不同的操作，在有些驅(qū)動(dòng)程序中并不需要用到。

注意

雖然這是對(duì)設(shè)備文件執(zhí)行的第一個(gè)操作，但卻不是驅(qū)動(dòng)程序一定要聲明的操作。若這個(gè)函數(shù)的入口為NULL，那么設(shè)備的打開操作將永遠(yuǎn)成功，但系統(tǒng)不會(huì)通知驅(qū)動(dòng)程序。

（5）釋放設(shè)備。

釋放設(shè)備的函數(shù)接口是release()。要注意釋放設(shè)備和關(guān)閉設(shè)備是完全不同的。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程釋放設(shè)備時(shí)，其他進(jìn)程還能繼續(xù)使用該設(shè)備，只是該進(jìn)程暫時(shí)停止對(duì)該設(shè)備的使用；而當(dāng)一個(gè)進(jìn)程關(guān)閉設(shè)備時(shí)，其他進(jìn)程必須重新打開此設(shè)備才能使用它。

釋放設(shè)備時(shí)要完成的工作如下。

n 遞減計(jì)數(shù)器MOD_DEC_USE_COUNT（最新版本已經(jīng)不再使用）。

n 釋放打開設(shè)備時(shí)系統(tǒng)所分配的內(nèi)存空間（包括filp->private_data指向的內(nèi)存空間）。

n 在最后一次釋放設(shè)備操作時(shí)關(guān)閉設(shè)備。

（6）讀寫設(shè)備。

讀寫設(shè)備的主要任務(wù)就是把內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)復(fù)制到用戶空間，或者從用戶空間復(fù)制到內(nèi)核空間，也就是將內(nèi)核空間緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)復(fù)制到用戶空間的緩沖區(qū)中或者相反。這里首先解釋一個(gè)read()和write()函數(shù)的入口函數(shù)，如表11.5所示。

表11.5 read、write函數(shù)接口語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/fs.h>

函數(shù)原型

ssize_t(*read)(structfile*filp,char*buff,size_tcount,loff_t*offp)
ssize_t(*write)(structfile*filp,constchar*buff,size_tcount,loff_t*offp)

函數(shù)傳入值

filp：文件指針

buff：指向用戶緩沖區(qū)

count：傳入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

offp：用戶在文件中的位置

函數(shù)返回值

成功：寫入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

雖然這個(gè)過程看起來很簡(jiǎn)單，但是內(nèi)核空間地址和應(yīng)用空間地址是有很大區(qū)別的，其中一個(gè)區(qū)別是用戶空間的內(nèi)存是可以被換出的，因此可能會(huì)出現(xiàn)頁面失效等情況。所以不能使用諸如memcpy()之類的函數(shù)來完成這樣的操作。在這里要使用copy_to_user()或copy_from_user()等函數(shù)，它們是用來實(shí)現(xiàn)用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)交換的。

copy_to_user()和copy_from_user()的格式如表11.6所示。

表11.6 copy_to_user()/copy_from_user()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<asm/uaccess.h>

函數(shù)原型

unsignedlongcopy_to_user(void*to,constvoid*from,unsignedlongcount)
unsignedlongcopy_from_user(void*to,constvoid*from,unsignedlongcount)

函數(shù)傳入值

to：數(shù)據(jù)目的緩沖區(qū)

from：數(shù)據(jù)源緩沖區(qū)

count：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

函數(shù)返回值

成功：寫入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
失敗：-EFAULT

要注意，這兩個(gè)函數(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而且還會(huì)檢查用戶空間指針的有效性。如果指針無效，那么就不進(jìn)行復(fù)制。

（7）ioctl。

大部分設(shè)備除了讀寫操作，還需要硬件配置和控制（例如，設(shè)置串口設(shè)備的波特率）等很多其他操作。在字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)中ioctl函數(shù)接口給用戶提供對(duì)設(shè)備的非讀寫操作機(jī)制。

ioctl函數(shù)接口的具體格式如表11.7所示。

表11.7 ioctl函數(shù)接口語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/fs.h>

函數(shù)原型

int(*ioctl)(structinode*inode,structfile*filp,unsignedintcmd,unsignedlongarg)

函數(shù)傳入值

inode：文件的內(nèi)核內(nèi)部結(jié)構(gòu)指針

filp：被打開的文件描述符

cmd：命令類型

arg：命令相關(guān)參數(shù)

下面列出其他在驅(qū)動(dòng)程序中常用的內(nèi)核函數(shù)。

（8）獲取內(nèi)存。

在應(yīng)用程序中獲取內(nèi)存通常使用函數(shù)malloc()，但在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存可以以字節(jié)或頁面為單位。其中，以字節(jié)為單位分配內(nèi)存的函數(shù)有kmalloc()，注意的是，kmalloc()函數(shù)返回的是物理地址，而malloc()等返回的是線性虛擬地址，因此在驅(qū)動(dòng)程序中不能使用malloc()函數(shù)。與malloc()不同，kmalloc()申請(qǐng)空間有大小限制。長(zhǎng)度是2的整次方，并且不會(huì)對(duì)所獲取的內(nèi)存空間清零。

以頁為單位分配內(nèi)存的函數(shù)如下所示。

n get_zeroed_page()：獲得一個(gè)已清零頁面。

n get_free_page()：獲得一個(gè)或幾個(gè)連續(xù)頁面。

n get_dma_pages()：獲得用于DMA傳輸?shù)捻撁妗?/p>

與之相對(duì)應(yīng)的釋放內(nèi)存用也有kfree()或free_page函數(shù)族。

表11.8給出了kmalloc()函數(shù)的語法格式。

表11.8 kmalloc()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/malloc.h>

函數(shù)原型

void*kmalloc(unsignedintlen,intflags)

函數(shù)傳入值

len：希望申請(qǐng)的字節(jié)數(shù)

flags

GFP_KERNEL：內(nèi)核內(nèi)存的通常分配方法，可能引起睡眠

GFP_BUFFER：用于管理緩沖區(qū)高速緩存

GFP_ATOMIC：為中斷處理程序或其他運(yùn)行于進(jìn)程上下文之外的代碼分配內(nèi)存，且不會(huì)引起睡眠

GFP_USER：用戶分配內(nèi)存，可能引起睡眠

GFP_HIGHUSER：優(yōu)先高端內(nèi)存分配

__GFP_DMA：DMA數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求內(nèi)存

__GFP_HIGHMEN：請(qǐng)求高端內(nèi)存

函數(shù)返回值

成功：寫入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
失?。?EFAULT

表11.9給出了kfree()函數(shù)的語法格式。

表11.9 kfree()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/malloc.h>

函數(shù)原型

voidkfree(void*obj)

函數(shù)傳入值

obj：要釋放的內(nèi)存指針

函數(shù)返回值

成功：寫入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
失?。?EFAULT

表11.10給出了以頁為單位的分配函數(shù)get_free_page類函數(shù)的語法格式。

表11.10 get_free_page類函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/malloc.h>

函數(shù)原型

unsignedlongget_zeroed_page(intflags)
unsignedlong__get_free_page(intflags)
unsignedlong__get_free_page(intflags,unsignedlongorder)
unsignedlong__get_dma_page(intflags,unsignedlongorder)

函數(shù)傳入值

flags：同kmalloc()

order：要請(qǐng)求的頁面數(shù)，以2為底的對(duì)數(shù)

函數(shù)返回值

成功：返回指向新分配的頁面的指針
失?。?EFAULT

表11.11給出了基于頁的內(nèi)存釋放函數(shù)free_page族函數(shù)的語法格式。

表11.11 free_page類函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/malloc.h>

函數(shù)原型

unsignedlongfree_page(unsignedlongaddr)
unsignedlongfree_pages(unsignedlongaddr,unsignedlongorder)

函數(shù)傳入值

addr：要釋放的內(nèi)存起始地址

order：要請(qǐng)求的頁面數(shù)，以2為底的對(duì)數(shù)

函數(shù)返回值

成功：寫入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
失敗：-EFAULT

（9）打印信息。

就如同在編寫用戶空間的應(yīng)用程序，打印信息有時(shí)是很好的調(diào)試手段，也是在代碼中很常用的組成部分。但是與用戶空間不同，在內(nèi)核空間要用函數(shù)printk()而不能用平常的函數(shù)printf()。printk()和printf()很類似，都可以按照一定的格式打印消息，所不同的是，printk()還可以定義打印消息的優(yōu)先級(jí)。

表11.12給出了printk()函數(shù)的語法格式。

表11.12 printk類函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件

#include<linux/kernel>

函數(shù)原型

intprintk(constchar*fmt,…)

函數(shù)傳入值

fmt：
日志級(jí)別

KERN_EMERG：緊急時(shí)間消息

KERN_ALERT：需要立即采取動(dòng)作的情況

KERN_CRIT：臨界狀態(tài)，通常涉及嚴(yán)重的硬件或軟件操作失敗

KERN_ERR：錯(cuò)誤報(bào)告

KERN_WARNING：對(duì)可能出現(xiàn)的問題提出警告

KERN_NOTICE：有必要進(jìn)行提示的正常情況

KERN_INFO：提示性信息

KERN_DEBUG：調(diào)試信息

…：與printf()相同

函數(shù)返回值

成功：0
失?。?1

這些不同優(yōu)先級(jí)的信息輸出到系統(tǒng)日志文件（例如：“/var/log/messages”），有時(shí)也可以輸出到虛擬控制臺(tái)上。其中，對(duì)輸出給控制臺(tái)的信息有一個(gè)特定的優(yōu)先級(jí)console_loglevel。只有打印信息的優(yōu)先級(jí)小于這個(gè)整數(shù)值，信息才能被輸出到虛擬控制臺(tái)上，否則，信息僅僅被寫入到系統(tǒng)日志文件中。若不加任何優(yōu)先級(jí)選項(xiàng)，則消息默認(rèn)輸出到系統(tǒng)日志文件中。

注意

要開啟klogd和syslogd服務(wù)，消息才能正常輸出。

/proc文件系統(tǒng)是一個(gè)偽文件系統(tǒng)，它是一種內(nèi)核和內(nèi)核模塊用來向進(jìn)程發(fā)送信息的機(jī)制。這個(gè)偽文件系統(tǒng)讓用戶可以和內(nèi)核內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行交互，獲取有關(guān)系統(tǒng)和進(jìn)程的有用信息，在運(yùn)行時(shí)通過改變內(nèi)核參數(shù)來改變?cè)O(shè)置。與其他文件系統(tǒng)不同，/proc存在于內(nèi)存之中而不是在硬盤上。讀者可以通過“ls”查看/proc文件系統(tǒng)的內(nèi)容。

表11.13列出了/proc文件系統(tǒng)的主要目錄內(nèi)容。

表11.13 /proc文件系統(tǒng)主要目錄內(nèi)容

目錄名稱

目錄內(nèi)容

目錄名稱

目錄內(nèi)容

apm

高級(jí)電源管理信息

locks

內(nèi)核鎖

cmdline

內(nèi)核命令行

meminfo

內(nèi)存信息

cpuinfo

CPU相關(guān)信息

misc

雜項(xiàng)

devices

設(shè)備信息（塊設(shè)備/字符設(shè)備）

modules

加載模塊列表

dma

使用的DMA通道信息

mounts

加載的文件系統(tǒng)

filesystems

支持的文件系統(tǒng)信息

partitions

系統(tǒng)識(shí)別的分區(qū)表

interrupts

中斷的使用信息

rtc

實(shí)時(shí)時(shí)鐘

ioports

I/O端口的使用信息

stat

全面統(tǒng)計(jì)狀態(tài)表

kcore

內(nèi)核映像

swaps

對(duì)換空間的利用情況

kmsg

內(nèi)核消息

version

內(nèi)核版本

ksyms

內(nèi)核符號(hào)表

uptime

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間

loadavg

負(fù)載均衡

…

…

除此之外，還有一些是以數(shù)字命名的目錄，它們是進(jìn)程目錄。系統(tǒng)中當(dāng)前運(yùn)行的每一個(gè)進(jìn)程都有對(duì)應(yīng)的一個(gè)目錄在/proc下，以進(jìn)程的PID號(hào)為目錄名，它們是讀取進(jìn)程信息的接口。進(jìn)程目錄的結(jié)構(gòu)如表11.14所示。

表11.14 /proc中進(jìn)程目錄結(jié)構(gòu)

目錄名稱

目錄內(nèi)容

目錄名稱

目錄內(nèi)容

cmdline

命令行參數(shù)

cwd

當(dāng)前工作目錄的鏈接

environ

環(huán)境變量值

exe

指向該進(jìn)程的執(zhí)行命令文件

fd

一個(gè)包含所有文件描述符的目錄

maps

內(nèi)存映像

mem

進(jìn)程的內(nèi)存被利用情況

statm

進(jìn)程內(nèi)存狀態(tài)信息

stat

進(jìn)程狀態(tài)

root

鏈接此進(jìn)程的root目錄

status

進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài)，以可讀的方式顯示出來

…

…

用戶可以使用cat命令來查看其中的內(nèi)容。

可以看到，/proc文件系統(tǒng)體現(xiàn)了內(nèi)核及進(jìn)程運(yùn)行的內(nèi)容，在加載模塊成功后，讀者可以通過查看/proc/device文件獲得相關(guān)設(shè)備的主設(shè)備號(hào)。