05-file_operations结构体

6.1.3 file_operations结构体

file_operations结构体中的成员函数是字符设备驱动程序设计的主体内容，这些函数实际会在应用程序进行Linux的open()、write()、read()、close()等系统调用时最终被调用。file_operations结构体目前已经比较庞大，它的定义如代码清单6.4所示。

代码清单6.4 file_operations结构体

1 struct file_operations {

2 struct module *owner;

3 / 拥有该结构的模块的指针，一般为THIS_MODULES /

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

5 / 用来修改文件当前的读写位置 /

6 ssizet(read)(struct file , char _user , size_t, loff_t);

7 / 从设备中同步读取数据 /

8 ssizet(write)(struct file , const char _user , size_t, loff_t);

9 / 向设备发送数据/

10 ssize_t(aio_read)(struct kiocb , char _ _user *, size_t, loff_t);

11 / 初始化一个异步的读取操作/

12 ssize_t(aio_write)(struct kiocb , const char _ _user *, size_t, loff_t);

13 / 初始化一个异步的写入操作/

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

15 / 仅用于读取目录，对于设备文件，该字段为 NULL /

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

17 / 轮询函数，判断目前是否可以进行非阻塞的读取或写入/

18 int(ioctl)(struct inode , struct file *, unsigned int, unsigned long);

19 / 执行设备I/O控制命令/

20 long(unlocked_ioctl)(struct file , unsigned int, unsigned long);

21 / 不使用BLK的文件系统，将使用此种函数指针代替ioctl /

22 long(compat_ioctl)(struct file , unsigned int, unsigned long);

23 / 在64位系统上，32位的ioctl调用，将使用此函数指针代替/

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

25 / 用于请求将设备内存映射到进程地址空间/

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

27 / 打开 /

28 int(flush)(struct file);

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

30 / 关闭/

31 int (fsync) (struct file , struct dentry *, int datasync);

32 / 刷新待处理的数据/

33 int(aio_fsync)(struct kiocb , int datasync);

34 / 异步fsync /

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

36 / 通知设备FASYNC标志发生变化/

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

38 ssize_t(sendpage)(struct file , struct page , int, size_t, loff_t , int);

39 / 通常为NULL /

40 unsigned long(get_unmapped_area)(struct file ,unsigned long, unsigned long,

41 unsigned long, unsigned long);

42 / 在当前进程地址空间找到一个未映射的内存段 /

43 int(*check_flags)(int);

44 / 允许模块检查传递给fcntl(F_SETEL...)调用的标志 /

45 int(dir_notify)(struct file filp, unsigned long arg);

46 / 对文件系统有效，驱动程序不必实现/

47 int(flock)(struct file , int, struct file_lock*);

48 ssize_t (splice_write)(struct pipe_inode_info , struct file , loff_t , size_t,

49 unsigned int); / 由VFS调用，将管道数据粘接到文件 /

50 ssize_t (splice_read)(struct file , loff_t , struct pipe_inode_info , size_t,

51 unsigned int); / 由VFS调用，将文件数据粘接到管道 /

52 int (setlease)(struct file , long, struct file_lock **);

53 };

下面我们对file_operations结构体中的主要成员进行分析。

llseek()函数用来修改一个文件的当前读写位置，并将新位置返回，在出错时，这个函数返回一个负值。

read()函数用来从设备中读取数据，成功时函数返回读取的字节数，出错时返回一个负值。

write()函数向设备发送数据，成功时该函数返回写入的字节数。如果此函数未被实现，当用户进行write()系统调用时，将得到-EINVAL返回值。

readdir()函数仅用于目录，设备节点不需要实现它。

ioctl()提供设备相关控制命令的实现（既不是读操作也不是写操作），当调用成功时，返回给调用程序一个非负值。

mmap()函数将设备内存映射到进程内存中，如果设备驱动未实现此函数，用户进行mmap()系统调用时将获得-ENODEV返回值。这个函数对于帧缓冲等设备特别有意义。

当用户空间调用Linux API函数open()打开设备文件时，设备驱动的open()函数最终被调用。驱动程序可以不实现这个函数，在这种情况下，设备的打开操作永远成功。与open()函数对应的是release()函数。

poll()函数一般用于询问设备是否可被非阻塞地立即读写。当询问的条件未触发时，用户空间进行select()和poll()系统调用将引起进程的阻塞。

aio_read()和aio_write()函数分别对与文件描述符对应的设备进行异步读、写操作。设备实现这两个函数后，用户空间可以对该设备文件描述符调用aio_read()、aio_write()等系统调用进行读写。