操作系统课程设计 内核模块编程和设备驱动程序

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1、课程设计题目内核模块编程和设备驱动程序学生姓名朱小波学号2009112127专业计算机科学与技术班级20091121指导教师张莉莉完成日期2012年1月5日Linux内核模块编程与设备驱动程序摘要:本文给出了一个linux字符设备驱动程序的例子，其包括了内核模块编程.其主要功能是：在内存虚拟一个字符设备，并由编写的驱动程序加载到系统，完成字符的输入与输出功能.此设备驱动程序可以用作linux实践教学的实例.关键词：字符设备驱动；内核模块编程；虚拟；模拟1前言驱动程序是应用程序和硬件设备的一个接口，linux设备驱动程序属于内核的一部分，熟练驱动程序和内核模块开发需要硬件知识，了解操作系

2、统的实现，需要了解内核基础知识，了解内核中的并发控制和同步以及复杂的软件结构框架.本文论述了如何在linux下实现一个简单的字符设备驱动程序，主要完成了内核树的建立、内核的编译、字符设备的模拟、字符设备的驱动、字符设备驱动程序的测试等.本文首先阐述了设备驱动程序和内核模块编程的基础知识，然后给出了实现一个设备驱动程序的总体框架，最后根据框架一步步详细完成了一个字符设备驱动程序，包括终端命令和源程序的编写.做好设备驱动程序可以更好的了解硬件和操作系统，本设备驱动程序可以作为操作系统实验课程的实例.2设备驱动程序和内核模块编程相关基础知识linux内核是一个整体是结构.因此向内核添加任何东

3、西.或者删除某些功能，都十分困难.为了解决这个问题.引入了内核机制.从而可以可以动态的想内核中添加或者删除模块.模块不被编译在内核中，因而控制了内核的大小.然而模块一旦被插入内核，它就和内核其他部分一样.这样一来就会增加一部分系统开销.同时，假如模块出现问题.，也许会带来系统的崩溃.2.1模块的实现机制:启动时，由函数voidinti_modules来初始化模块，.因为启动事很多时候没有模块.这个函数往往把内核自身当作一个虚模块.如由系统需要，则调用一系列以sys开头的函数，对模块进行操作.如:sys_creat_modules，sys_inti_modules，sys_deldte_

4、modules等等.这里会用到一些模块的数据就结构，在/usr/scr/linux/include/linux/module.h中.块的加入有两种方法:一是手动加入:如:insmodmodulename.另一种是根据需要，动态的加载模块.如你执行命令:$mount-tmsdos/dev/hdd/mnt/d时.系统便自动加载FAT模块，以支持MSDOS的文件系统.2.2模块编程写一个模块，必须有一定的多进程编程基础.因为编的程序不是以一个独立的程序的来运行的.另外，因为，模块需要在内核模式下运行，会碰到内核空间和用户空间数据交换的问题.一般的数据复制函数无法完成这一个过程.因此系统已入了

5、一些非凡的函数以用来完成内核空间和用户空间数据的交换.这些函数有:voidput_user、memcpy_tofs等等，需要说明的是.模块编程和内核的版本有很大的关系.假如版本不通可能造成，内核模块不能编译，或者.在运行这个模块时，出现不可测结果.如:系统崩溃等.对于每一个内核模块来说.必定包含两个函数：intinit_module：这个函数在插入内核时启动，在内核中注册一定的功能函数，或者用它的代码代替内核中某些函数的内容.因此，内核可以安全的卸载.intcleanup_module：当内核模块卸载时调用.将模块从内核中清除.2.3内核模块与应用程序对比应用程序是一个进程，编程从主函

6、数main（）开始，主函数main返回即是进程结束，使用glibc的库.驱动程序是一系列内核函数，函数入口和出口不一样，使用Linux内核的函数，这些函数由内核在适当的时候来调用，这些函数可以用来完成硬件访问等操作.2.4设备的分类设备一般分为字符设备(chardevice)、块设备(blockdevice)、网络设备(networkdevice).图1：设备的分类i字符设备特点：像字节流一样来存取的设备(如同文件)通过/dev下的文件系统结点来访问通常至少需要实现open,close,read,和write等系统调用只能顺序访问的数据通道，不能前后移动访问指针.特例:比如frameb

7、uffer设备就是这样的设备，应用程序可以使用mmap或lseek访问图像的各个区域ii块设备特点：块设备通过位于/dev目录的文件系统结点来存取块设备和字符设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式块设备有专门的接口，块设备的接口必须支持挂装（mount）文件系统.应用程序一般通过文件系统来访问块设备上的内容图2：块设备驱动图3：网络设备驱动linux中的大部分驱动程序，是以模块的形式编写的.这些驱动程序源码可以修改到内核中，也可以把他们编译成