在Linux下我們在使用設備的時候，都會用到write這個函數，通過這個函數我們可以象使
用文件那樣向設備傳送數據。可是爲什麼用戶使用write函數就可以把數據寫到設備裏面
去，這個過程到底是怎麼實現的呢？
這個奧祕就在於設備驅動程序的write實現中，這裏我結合一些源代碼來解釋如何使得一
個簡簡單單的write函數能夠完成向設備裏面寫數據的複雜過程。
這裏的源代碼主要來自兩個地方。第一是oreilly出版的《Linux device driver》中的
實例，第二是Linux Kernel 2.2.14核心源代碼。我只列出了其中相關部分的內容，如果
讀者有興趣，也可以查閱其它源代碼。不過我不是在講解如何編寫設備驅動程序，所以不
會對每一個細節都進行說明，再說有些地方我覺得自己還沒有吃透。
由於《Linux device driver》一書中的例子對於我們還是複雜了一些，我將其中的一個
例程簡化了一下。這個驅動程序支持這樣一個設備：核心空間中的一個長度爲10的數組
kbuf[10]。我們可以通過用戶程序open它，read它，write它，close它。這個設備的名
字我稱爲short_t。
現在言歸正傳。
對於一個設備，它可以在/dev下面存在一個對應的邏輯設備節點，這個節點以文件的形式
存在，但它不是普通意義上的文件，它是設備文件，更確切的說，它是設備節點。這個節
點是通過mknod命令建立的，其中指定了主設備號和次設備號。主設備號表明了某一類設
備，一般對應着確定的驅動程序；次設備號一般是區分是標明不同屬性，例如不同的使用
方法，不同的位置，不同的操作。這個設備號是從/proc/devices文件中獲得的，所以一
般是先有驅動程序在內核中，纔有設備節點在目錄中。這個設備號（特指主設備號）的主
要作用，就是聲明設備所使用的驅動程序。驅動程序和設備號是一一對應的，當你打開一
個設備文件時，操作系統就已經知道這個設備所對應的驅動程序是哪一個了。這個"知道"
的過程後面就講。
我們再說說驅動程序的基本結構吧。這裏我只介紹動態模塊型驅動程序（就是我們使用
insmod加載到核心中並使用rmmod卸載的那種），因爲我只熟悉這種結構。
模塊化的驅動程序由兩個函數是固定的：int init_module(void) ；void
cleanup_module(void)。前者在insmod的時候執行，後者在rmmod的時候執行。
init_nodule在執行的時候，進行一些驅動程序初始化的工作，其中最主要的工作有三
件：註冊設備；申請I/O端口地址範圍；申請中斷IRQ。這裏和我們想知道的事情相關的只
有註冊設備。
下面是一個典型的init_module函數：
int init_module(void){
int result = check_region(short_base,1)；/* 察看端口地址*/
……
request_region(short_base,1,"short"); /* 申請端口地址*/
……
result = register_chrdev(short_major, "short", &short_fops); /* 註冊設備
*/
……
result = request_irq(short_irq, short_interrupt, SA_INTERRUPT, "short",
NULL); /* 申請IRQ */
……
return 0;
}/* init_module*/
上面這個函數我只保留了最重要的部分，其中最重要的函數是
result = register_chrdev(short_major, "short", &short_fops);
這是一個驅動程序的精髓所在！！當你執行indmod命令時，這個函數可以完成三件大事：
第一，申請主設備號(short_major)，或者指定，或者動態分配；第二，在內核中註冊設
備的名字("short")；第三，指定fops方法(&short_fops)。其中所指定的fops方法就是
我們對設備進行操作的方法（例如read,write,seek,dir,open,release等），如何實現
這些方法，是編寫設備驅動程序大部分工作量所在。
現在我們就要接觸關鍵部分了--如何實現fops方法。
我們都知道，每一個文件都有一個file的結構，在這個結構中有一個file_operations的
結構體，這個結構體指明瞭能夠對該文件進行的操作。
下面是一個典型的file_operations結構：
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 *);
};
我們可以看到它實際上就是許多文件操作的函數指針，其中就有write，其它的我們就不
去管它了。這個write指針在實際的驅動程序中會以程序員所實現的函數名字出現，它指
向程序員實現的設備write操作函數。下面就是一個實際的例子，這個write函數可以向核
心內存的一個數組裏輸入一個字符串。
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 */
設備short_t對應的fops方法是這樣聲明的：
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的項目就是不提供這個功能。所以我們可以看出short_t設備只提供了
read,write,open,release功能。其中write功能我們在上面已經實現了，具體的實現函
數起名爲short_write。這些函數就是真正對設備進行操作的函數，這就是驅動程序的一
大好處：不管你實現的時候是多麼的複雜，但對用戶來看，就是那些常用的文件操作函數。
但是我們可以看到，驅動程序裏的write函數有四個參數，函數格式如下：
short_write (struct inode *inode, struct file *filp, const char *buf, int count)
而用戶程序中的write函數只有三個參數，函數格式如下：
write(inf fd, char *buf, int count)
那他們兩個是怎麼聯繫在一起的呢？這就要靠操作系統核心中的函數sys_write了，下面
是Linux Kernel 2.2.14中sys_write中的源代碼：
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
驅動程序中的wirte函數的指針*/
lock_kernel();
ret = -EBADF;
file = fget(fd); /* 通過文件描述符得到文件指針 */
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)) /* 將函數開始時聲明的
write函數指針指向fops方法中對應的write函數 */
goto out;
down(&inode->i_sem);
ret = write(file, buf, count, &file->f_pos); /* 使用驅動程序中的write函數
將數據輸入設備，注意看，這裏就是四個參數了 */
up(&inode->i_sem);
out:
fput(file);
bad_file:
unlock_kernel();
return ret;
}
我寫了一個簡單的程序來測試這個驅動程序，該程序源代碼節選如下（該省的我都省了）：
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;
}
現在我們就演示一下用戶使用write函數將數據寫到設備裏面這個過程到底是怎麼實現的： 1，insmod驅動程序。驅動程序申請設備名和主設備號，這些可以在/proc/devieces中獲得。 2，從/proc/devices中獲得主設備號，並使用mknod命令建立設備節點文件。這是通過主 設備號將設備節點文件和設備驅動程序聯繫在一起。設備節點文件中的file屬性中指明瞭 驅動程序中fops方法實現的函數指針。 3，用戶程序使用open打開設備節點文件，這時操作系統內核知道該驅動程序工作了，就 調用fops方法中的open函數進行相應的工作。open方法一般返回的是文件標示符，實際 上並不是直接對它進行操作的，而是有操作系統的系統調用在背後工作。 4，當用戶使用write函數操作設備文件時，操作系統調用sys_write函數，該函數首先通 過文件標示符得到設備節點文件對應的inode指針和flip指針。inode指針中有設備號信 息，能夠告訴操作系統應該使用哪一個設備驅動程序，flip指針中有fops信息，可以告訴 操作系統相應的fops方法函數在那裏可以找到。 5，然後這時sys_write纔會調用驅動程序中的write方法來對設備進行寫的操作。 其中1-3都是在用戶空間進行的，4-5是在覈心空間進行的。用戶的write函數和操作系統 的write函數通過系統調用sys_write聯繫在了一起。 注意： 對於塊設備來說，還存在寫的模式的問題，這應該是由GNU C庫來解決的，這裏不予討 論，因爲我沒有看過GNU C庫的源代碼。
