Linux设备驱动程序学习----1.设备驱动程序简介

设备驱动程序简介

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1. 简介

  Linux系统的优点是，系统内部实现细节对所有人都是公开的。Linux内核由大量复杂的代码组成，设备驱动程序可以作为进入Linux内核世界大门的切入口。

  设备驱动程序在Linux内核中，是一个个独立的黑盒子，在调用内部接口时某个特定硬件做出响应，这些接口隐藏了设备的工作细节。用户的操作通过独立于特定驱动程序的一组标准化调用执行，将这些调用映射到作用于实际硬件的设备特有操作上，是设备驱动程序的任务。

  模块化的特点使得Linux驱动程序的编写非常方便简单。

2. 设备驱动程序的作用

  设备驱动程序的作用在于提供机制，而不是提供策略。

  区分机制和策略是Unix设计背后隐含的最好思想之一。大部分编程问题都可以分成两部分：
机制：需要提供什么功能
策略：如何使用这些功能

我们应当尽可能做到让驱动程序不带策略。

  编写驱动程序时，特别注意：编写访问硬件的内核代码时，不要给用户强加任何特定策略。因为不同的用户有不同的需求，驱动程序应该处理如何使硬件可用的问题，而将怎样使用硬件的问题留给应用程序。

  驱动程序可以看作是应用程序和实际设备之间的一个软件层。

  驱动程序设计要综合考虑下面三个问题的因素：提供给用户尽量多的选项、编写驱动程序要占用的时间、尽量保持程序简单。

3. 内核功能划分

根据内核完成任务的不同，内核功能分为如下几个部分：

进程管理

  负责创建和销毁进程，并处理它们和外部世界之间的连接。如进程之间的通信，控制进程如何共享CPU的调度器等。

内存管理

  内存是计算机的主要资源之一，用来管理内存的策略是决定系统性能的一个关键因素。内核在有限的可用资源上为每个进程创建一个虚拟地址空间。

文件系统

  Unix中的每个对象几乎都可以当作文件来看待。内核可以在没有结构的硬件上构造结构化的文件系统。

设备控制

  几乎每一个系统操作最终都会映射到物理设备上。几乎所有设备操作都由驱动程序来完成。内核必须为系统中的每个外设嵌入相应的驱动程序。

网络功能

  大部分网络操作和具体进程无关，网络功能必须由操作系统管理。系统负责在应用程序和网络接口之间传递数据包，并根据网络活动控制程序的执行。所有的路由和地址解析都由内核处理。

可装载模块

  Linux有个很好的特性，内核提供的特性可在运行时扩展，即系统启动并运行时，可以以模块的形式，向内核添加、移出功能。

4. 设备和模块分类

Linux系统将设备分为三种基本类型，字符设备模块、块设备模块、网络设备模块。

字符设备

  字符设备是个能像字节流一样被访问的设备，类似文件。比如：字符终端(/dev/console)和串口(/dev/ttys0)

  设备文件和普通文件的唯一差别是，对普通文件的访问可以前后移动访问位置，而大多数字符设备是一个个只能顺序访问的数据通道。除个别例外。

块设备

  块设备是按照块进行读写的设备，一次只能传输一个或多个完整的块，一个块一般是512字节，或2的更高次幂字节的数据。
  块设备上能够容纳文件系统。

网络设备

  网络设备是一个能够和其他主机交换数据的设备，通常，接口是个硬件设备，也可能是个纯软件设备，比如回环接口(loopback)。
  网络设备由内核中的网络子系统驱动，负责发送和接收数据包。

  除了设备驱动程序外，内核中其他一些功能，不管是硬件还是软件功能，都模块化了。如常见的文件系统。。。

5. 安全问题

  系统中的所有安全检查都是由内核代码进行的，如果内核有安全漏洞，则整个系统就有安全漏洞。

  驱动程序编写者应当尽量避免在代码中实现安全策略。
  驱动程序编写者应当避免由于自身原因引入安全方面的缺陷。
  任何从用户进程得到的输入只有经过内核严格验证后才能使用。必须小心对待未初始化的内存，任何从内核中得到的内存，都必须在提供给用户进程或者设备之前清零或者以其他方式初始化，否则可能发生信息泄露。

  Linux内核也可编译为不支持模块方式，从而可以关闭任何模块相关的安全漏洞。此时，所有需要的驱动程序必须直接编译到内核中。

6. 版本编号

  对内核来讲，偶数编号的内核版本(如2.6.x)是用于正式发行的稳定版本，而奇数编号的版本(如2.7.x)则是开发过程中的一个快照。

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