linux内核和用户空间通信机制分析--文件系统实现方式

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1、内核和用户空间通信第一部分---文件系统方式本文档的Copyleft归wwwlkk所有，使用GPL发布，可以自由拷贝、转载，转载时请保持文档的完整性，严禁用于任何商业用途。E-mail:wwwlkk@126.com来源:http://passport.baidu.com/?business&aid=6&un=wwwlkk#7内核和用户空间通信—文件系统方式（1）重要的数据结构1（2）misc设备实现分析2(2.2)使用misc设备实现通信8(3)procfs实现分析9（4）sysctl文件系统实现分析13（5）seq_file17附录1四个重要的数据结构2

2、0（1）重要的数据结构为了更好的理解和描述通信原理，需要先认识一下4个重要的数据结构，分别是file_operations，file，inode，dentry。文件操作集file_operations结构包含了一组函数指针，每个打开的文件（在内核里面由file结构表示）和一组函数关联（通过file结构中指向file_operations结构的f_op字段）。这些操作组要用来实现系统调用，例如open，read等等。file结构file结构表示一个打开的文件（系统中每个打开的文件在内核空间都对应一个file结构）。它由内核在open时创建，由close释放(

3、进程撤销时也会释放)。file结构中最重要的成员罗列如下：loff_tf_pos；当前读/写位置structfile_operations*f_op；指向一个文件操作集结构。内核在执行open时对这个指针赋值，以后要处理相关系统调用时就直接调用这个指针。例如：write()系统调用时将直接调用file->f_op->write()。structdentry*f_dentry；文件对应的目录项结构。可以通过file->f_dentry->d->d_inode来访问索引节点。inode结构内核用inode结构在内部表示文件，它和file结构不同，后者表示打开的

4、文件描述符，对于一个文件，可能会有许多个表示打开的文件描述符的file结构，但它们都指向唯一的inode对象。inode结构中最重要的成员罗列如下：dev_ti_rdev；对表示设备文件的inode结构，该字段包含了设备标号(主/次设备号)。structcdev*i_cdev；指向一个字符设备驱动程序对象。2010-10-08http://blog.csdn.net/wwwlkk24/24内核和用户空间通信第一部分---文件系统方式conststructinode_operations*i_op;指向索引结点操作集。例如，系统调用mkdir将会调用这里的函

5、数inode->i_op->mkdir()conststructfile_operations*i_fop;指向文件操作集。当执行open时，将使用这个这里的指针赋值file结构的f_op。dentry结构对于进程查找的每个路径名的分量，内核都为其创建一个dentry结构。例如，在查找路径名/dev/test时，内核为根目录“/”创建一个dentry结构，为dev创建二级dentry结构，为test创建三级dentry结构。经典的内核与用户空间的通信（使用read和write系统调用）1.用户空间需要将某些数据传递给内核，并指定数据的处理函数。2.用户空间

6、需要从内核读取数据，并指定数据的读取函数。当执行open时，file结构的f_op将会指向要求的操作集函数集，也就是inode结构中的i_fop。通信的实现机制就是，注册inode结构，令inode的i_fop指向要求的操作集函数集，当系统打开这个文件时，使用read和write系统调用时，将会调用要求的操作函数。用于通信的文件系统是一种特殊的文件系统，在系统初始化时一般只有一个根inode和根dentry结构，每个inode和dentry结构对象都对应一些内核数据和内核操作函数集。例如：proc文件系统，初始化时只建立根路径/proc的inode和den

7、try结构，当第一次访问/proc下的某个文件时，将从根dentry结构开始查找并建立相应的inode和dentry结构，并将这些结构加入相应的缓存，当第二次访问时，可以直接从缓存中获得该结构。这里就会涉及到4个关键的问题：1.inode和dentry结构是如何建立的？2.是根据什么数据建立的？3.inode和dentry结构对应的是哪些数据和哪些操作函数集？4.inode和dentry结构对应的数据和操作函数集在内核里是如何组织的？下面将会围绕以上4个问题分析4种最重要的通信机制：1.misc设备（可读，可写，可进行内存映射）2.proc（可读，可写，一

8、般不进行内存映射）3.sysctl（可读，可写）4.seq_fil