第一章 設備驅動程序簡介
driver在於提供機制，而不是策略。要提供什麼功能，如何使用這些功能。
內核功能：
進程管理，內存管理，文件系統，設備控制，網絡
設備類型：字符模塊、塊模塊、網絡模塊
字符設備：
是能像字節流一樣被訪問的dev，如中斷/dev/console和串口/dev/tty0
通常至少要實現open,close,read,write,，
大多是一個只能順序訪問的通道
塊設備
也可以通過/dev/下的文件系統節點訪問。
塊設備可以容納文件系統，
他與字符設備的區別僅僅在於內核內部管理數據的方式
還有另一種劃分driver類型的方法：
第二章，構造和運行模塊
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSDBSD/GPL");
static int hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "hello world\n");
return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "Goodbye,cruel world\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_init);
模塊被裝載到內核時調用hello_init，被移除時調用hello_init
內核在運行時不能依賴c庫，所以需要單獨的打印函數printk
內核模塊與AP的對比：
1，AP是執行單個任務，模塊是預先註冊自己以便於服務於將來的某個請求，
2，AP退出時可以不管資源的釋放和清理，模塊不行，否則會殘留在系統
3，模塊僅僅被鏈接到內核，所以只能調用內核導出的函數，沒有可鏈接的函數庫
4，模塊不能包含通常的頭文件，內核相關都在include/linux和include/asm
UMD和KMD
當UMD切到KMD，執行系統調用的內核代碼運行在進程的context裏，可以訪問進程地址空間的所有數據。
而硬件中斷的內核代碼與進程是異步的，與任何特定進程都無關
driver完成兩類任務：
1，作爲系統調用的一部分；
2，中斷；
內核中的併發：
可能時刻有多個進程在同時使用driver。
Linux內核代碼必須是可重入的，可以同時運行在多個context中。
當前進程：
內核模塊不像AP那樣順序執行，但是還是與某個特定進程有關。
內核可以通過全局項current獲得當前進程，在<asm.curren.h>。是指向struct task_struct的指針，它定義在<lunx/sched.h>。
2.6以後driver只需包含<ljinux/sched.h>，下面語句通過訪問struct task_struct來打印：
printk(KERN_INFO "the process is %s ,pid:%i",current->comm, current->pid)
其他細節：
1，AP在虛擬內存中，有很大的棧空間。而內核只有非常小的棧空閒，可能是4096字節的頁那麼大。
所以大的結構，需要調用時動態分配結構。
2，__前綴的函數，說明它是接口的底層組件，要謹慎使用
3，內核不能實現浮點數運算。如果打開浮點支持，會有額外開銷
編譯：
裝載和卸載模塊：
insmod與ld有些類似，它將模塊的代碼和數據裝入內核，然後使用內核的符號表解析模塊中的未解析符號。
如鏈接器不同的是，內核不會修改模塊的磁盤文件，而僅僅修改內存副本。
insmod如何工作：
它依賴於/kernel/module.c的一個系統調用。
函數sys_init_module給模塊分配內核內存（vmalloc負責內存分配）以便於裝載模塊
這個系統調用將模塊正文複製到內存區域，通過內核符號表解析模塊中的內核引用，最後調用模塊的init函數。
只有系統調用的名字前面有sys__，
modprobe：
如果有當前內核不在存在的符號。modprobe會在模塊搜索路徑查找定義了這些符號的其他模塊。找到了就同時裝載。
rmmod移除模塊，如果正在使用就無法移除
lsmod，
列出裝載到內核的模塊，它讀取/proc/modules虛擬文件獲得信息。
模塊信息也可以在sysfs虛擬文件系統的/sys/module找到
內核符號表：
insmod使用公共內核符號表解析模塊中未定義的符號。
模塊裝入內核後，它導出的符號都會變成內核符號表的一部分。
通常模塊只需要實現自己的功能，不用導出符號。但如果想其他模塊調用它的函數，就要導出符號。
模塊層疊技術，如：USB輸入設備模塊層疊在usbcore和input模塊上
modprobe是處理層疊模塊的實用工具
linux內核頭文件提供了管理符號對模塊外部可見性的方法，減少名字空間污染，要導出符號：
EXPORT_SYMBOL(name);
符號必須在模塊文件的全局部分導出，不能在函數中導出，
因爲該變量將在模塊可執行文件的特殊部分（一個ELF段），
裝載時，內核通過這個段尋找模塊導出的變量。
預備知識：頭文件
一定包含：
<linux/module.h>，包含可裝載模塊需要的大量符號和函數定義。
<linux/init.h>，指定初始化和清理函數
<modulepatam.h>，向模塊傳遞參數
初始化和關閉：
初始化函數如何註冊模塊提供的設施，可以使完整driver，可以僅僅是一個軟件抽象
init函數：
staitc int __init initialization_function(void)
{
//init code
}
module_init(initialization_function);
聲明爲static，因爲在之外沒有意義。
__init表示這個函數只是在init時用，之後就可以扔掉釋放內存。
module_init的調用是強制性的，這個宏會在模塊的目標代碼中增加一個特殊的段，用於說明內核init函數所在的位置。
沒有他，init函數永遠不會被調用。
傳遞到內核註冊函數的參數通常是指向描述新設施的數據結構指針，
而數據結構通常包含指向模塊函數的指針，這樣模塊體重的函數會在恰當的時間被內核調用
可以註冊的設施類型：串口，雜項設備，sysfs入口，/proc文件，
註冊函數一般帶有前綴register_，可以grep用
清除函數module_exit();
init過程的錯誤處理：
init出現錯誤，模塊必須自行撤銷已註冊的設施
錯誤恢復的處理，用gote語句比較有效。
int __init my_init_function(void)
{
int err;
err = register_this(ptr1, "skull");
if(err) goto fail_this;
err = register_that(prt2, "skull");
if(err) goto fail_that;
fail_that:unregister_this(ptr2, "skull");
fail_this:return err;
}
如果不用goto，會消耗更多CPU時間。
err是錯誤編碼，定義在<linux/errno.h>的負整數。
AP可以通過perror函數把他們轉成有意義的字符串。
發生錯誤時從init函數調用清除函數，可以減少重複代碼,
因爲清理函數在非退出代碼使用，所以不能標記爲__exit
void my_cleanup(void)
{
if(item1)
release_thing(item1);
if(item2)
release_thing(item2);
if(stuff_ok)
unregister_stuff();
returnl
}
int __init my_init(void)
{
int err = -ENOMEM;
item1 = allocate_thind(arg1);
item2 = allocate_thing2(arg2);
if(!item1 || !item2)
goto fail;
err = register_stuff(item1, item2);
if(!err)
stuff_ok = 1;
else
goto fail;
return 0;
fail:
my_cleanup();
return err;
}
模塊裝載競爭：
在init函數還在運行時，內核可能就會調用我們的模塊。
所以，某個設施完成內部init前，不要註冊
模塊參數：
參數可以在運行insmod和modprobe命令裝在模塊時賦值，
modprobe還可以從/etc/modprob.conf中讀，
模塊必須讓參數對insmod可見，參數要使用module_param宏聲明，定義在moduleparam.h。
module_param()
它需要三個參數：變量名，類型，用於sysfs入口項的訪問許可掩碼。
它必須放在函數之外
module_param(howmany, int, S_IRUGO);
支持類型：
bool
charp，字符指針，給字符串分配內存並設置指針，
如果需要其他類型，可以通過模塊代碼的hook定義這些類型。
設置訪問許可，
如果給0，不會有對應的sysfs的入口項
否則，模塊參數就會出現在/sys/module，如果給S_IRUGO，任何人都可以訪問
如果參數通過sysfs修改了，就真的修改而且不會通知模塊，所以不該讓模塊參數是可寫的。除非我們會檢測修改並作出相應的動作。
用戶空間編寫driver：
優勢：
1 ，可以和C庫鏈接
2，可以使用通常的調試器
3，如果用戶空間driver被掛起，kill掉就行了，不會影響系統，
4，用戶內存可以換出，所以driver很大也不會佔太多內存
5，仍然要支持對設備的併發訪問
7，用戶空間driver可以容易避免印修改內核接口而導致的不明確的許可問題。
X Server是UMD driver程序的一個例子，
缺點：
1，中斷在UMD不可用
2，只有通過mmap映射/dev/mem才能直接訪問內存，只有特權用戶纔可以執行這個額操作
3，只有調用ioperm或者iopl後纔可以訪問I/O端口
4，響應時間很慢。因爲client和硬件傳遞數據和動作要切context
5，如果driver被換出到磁盤，響應會非常慢，使用mlock系統調用可以緩解這個問題，但UMD程序要鏈接多個庫，所以佔用更多內存頁，