Linux对文件或设备的操作函数保存在那个数据结构中?
2025-05-04 21:51
Linux
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在 Linux 内核中,文件和设备的操作通常通过 **`file_operations`** 结构体来描述。这个结构体是一个核心的数据结构,用于定义与文件或设备相关的操作方法。 ### `file_operations` 结构体 `file_operations` 是一个包含指向各种操作函数指针的结构体,这些函数指针用于处理文件或设备的各种操作。它定义了内核如何与文件系统、字符设备、块设备等进行交互。 以下是 `file_operations` 的定义(位于 `<linux/fs.h>` 中): ```c struct file_operations { struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*read_iter) (struct file *, struct kiocb *, struct iov_iter *); ssize_t (*write_iter) (struct file *, struct kiocb *, struct iov_iter *); int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync); int (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open)(struct inode *, struct file *); int (*release)(struct inode *, struct file *); int (*fasync)(int, struct file *, int); int (*lock)(struct file *, struct file_lock *); ssize_t (*sendpage)(struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long); int (*check_flags)(int); }; ``` ### 详细说明 1. **`owner`**: 指向模块的指针,表示该 `file_operations` 属于哪个模块。通常设置为 `THIS_MODULE`,以便内核在模块卸载时自动清理相关资源。 2. **`llseek`**: 用于文件偏移量的定位操作。 3. **`read` 和 `write`**: 分别用于读取和写入文件或设备数据。 4. **`open` 和 `release`**: 分别用于打开和释放文件或设备。 5. **`ioctl`**: 用于执行设备特定的控制命令。 6. **`mmap`**: 将文件或设备映射到内存中。 7. **`fsync`**: 同步文件数据到存储介质。 8. **`fasync`**: 用于异步信号通知。 9. **`lock`**: 用于文件锁定操作。 10. **`sendpage`**: 用于发送页到用户空间。 11. **`get_unmapped_area`**: 用于获取未映射区域的地址。 ### 使用场景 - **字符设备驱动**: 在字符设备驱动程序中,`file_operations` 通常用于定义设备的操作接口。 - **文件系统**: 文件系统的操作也依赖于类似的机制,例如 VFS(虚拟文件系统)中的文件操作。 - **块设备**: 块设备同样使用 `file_operations` 来定义其操作行为。 ### 示例代码 以下是一个简单的字符设备驱动程序中使用 `file_operations` 的示例: ```c #include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/uaccess.h> static int my_open(struct inode *inode, struct file *file) { pr_info("Device opened\n"); return 0; } static int my_release(struct inode *inode, struct file *file) { pr_info("Device released\n"); return 0; } static ssize_t my_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { pr_info("Device read\n"); return 0; } static ssize_t my_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { pr_info("Device write\n"); return count; } static struct file_operations fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = my_open, .release = my_release, .read = my_read, .write = my_write, }; static int __init my_init(void) { pr_info("Device driver loaded\n"); return 0; } static void __exit my_exit(void) { pr_info("Device driver unloaded\n"); } module_init(my_init); module_exit(my_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Your Name"); MODULE_DESCRIPTION("A simple Linux character device driver"); ``` ### 总结 `file_operations` 是 Linux 内核中用于描述文件或设备操作的核心数据结构。它定义了一组操作函数指针,使得内核能够通过统一的接口与文件系统、字符设备、块设备等进行交互。无论是设备驱动开发还是文件系统实现,`file_operations` 都是不可或缺的一部分。
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