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在Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，fops是指文件操作的函數(shù)。這個函數(shù)是用來處理Linux內(nèi)核中進(jìn)程與文件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。文件操作相關(guān)的常見操作包括打開、讀取、寫入、關(guān)閉等，而fops函數(shù)集里存儲了用于執(zhí)行這些操作的函數(shù)。在本文中，我們將深入探討linux內(nèi)核中fops的作用、結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方式。
一、fops的作用
在Linux內(nèi)核中，fops主要用于在進(jìn)程和文件系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)。在Linux中，一切都是文件的概念，因此每個進(jìn)程可以通過文件系統(tǒng)進(jìn)行文件的讀取、寫入和操作。然而，在系統(tǒng)內(nèi)核下，進(jìn)程與文件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸只能通過系統(tǒng)調(diào)用來實現(xiàn)。因此，系統(tǒng)調(diào)用需要傳入?yún)?shù)，然后在內(nèi)核中由fops來執(zhí)行相關(guān)的操作。
具體地說，fops函數(shù)中包含了打開、關(guān)閉、讀取等一系列函數(shù)。當(dāng)進(jìn)程需要訪問一個文件時，通過系統(tǒng)調(diào)用將需要執(zhí)行的操作傳入內(nèi)核。內(nèi)核會根據(jù)傳入的操作類型調(diào)用相關(guān)的fops函數(shù)，并根據(jù)返回結(jié)果將結(jié)果返回給進(jìn)程。
二、fops的結(jié)構(gòu)
Linux內(nèi)核中的fops函數(shù)是由一個結(jié)構(gòu)體來管理的，該結(jié)構(gòu)體被稱為struct file_operations。在該結(jié)構(gòu)體中，包含了能夠處理文件操作的多個成員函數(shù)。具體來說，該結(jié)構(gòu)體包含以下成員：
1. owner：函數(shù)集所屬的模塊。
2. open：打開文件的函數(shù)。
3. release：關(guān)閉文件的函數(shù)。
4. read：讀文件的函數(shù)。
5. write：寫文件的函數(shù)。
6. seek：改變文件位置指針的函數(shù)。
7. ioct：設(shè)備控制函數(shù)。
8. poll：成員函數(shù)將根據(jù)情況來檢查文件描述符是否可讀或可寫。
9. mmap：文件映射成內(nèi)存的函數(shù)。
10. fault：由內(nèi)核調(diào)用， 當(dāng)使用mmap()函數(shù)時出現(xiàn)異常將返回錯誤信息。
11. flush：將與該文件相關(guān)的所有數(shù)據(jù)從內(nèi)存中刷出
12. lock：文件鎖定，其他進(jìn)程無法打開
13. unlock：移除文件鎖定，其他進(jìn)程重新有權(quán)打開該文件
通過上述的成員函數(shù)，fops結(jié)構(gòu)體能夠?qū)崿F(xiàn)對文件進(jìn)行操作的全部基本功能。文件操作前，需要調(diào)用打開函數(shù)；文件操作后，需要調(diào)用關(guān)閉函數(shù)，以保證進(jìn)程和操作系統(tǒng)對文件的正常退出。
三、fops的實現(xiàn)方式
為了完善fops函數(shù)，在Linux系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)可以通過調(diào)用register_chrdev()函數(shù)注冊自己的fops函數(shù)，這將啟動與當(dāng)前所用硬件設(shè)備相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動程序。驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)中，通常需要將設(shè)備文件與驅(qū)動程序的設(shè)備結(jié)構(gòu)體（device structure）相聯(lián)系。這樣，在通過設(shè)備文件訪問設(shè)備時，Linux內(nèi)核就可以自動地把訪問命令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的設(shè)備操作。
隨著文件操作的不斷發(fā)展，Linux內(nèi)核中的fops函數(shù)逐漸完善。fops函數(shù)的實現(xiàn)方式不僅可以提高文件操作的效率，還可以增強(qiáng)Linux操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，為Linux系統(tǒng)的發(fā)展注入新的創(chuàng)新思路。
在日常使用中，Linux的fops函數(shù)雖然不需要用戶進(jìn)行顯式的調(diào)用，但是對于像開發(fā)和調(diào)試這樣的應(yīng)用場景，深入理解fops的內(nèi)部實現(xiàn)方式可以幫助程序員更好地理解和解決軟硬件問題，提高工作效率和產(chǎn)出質(zhì)量。
Linux內(nèi)核中的fops是非常重要的組成部分之一，它不僅是Linux操作系統(tǒng)的核心功能之一，也是不同文件系統(tǒng)的驅(qū)動程序所需的基本元素。讓我們一起深入了解Linux內(nèi)核中的fops，從而更好地利用這一強(qiáng)大的工具提高我們對于Linux系統(tǒng)的開發(fā)和使用水平。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- Linux Kernel 2.4 和 2.6 的區(qū)別
Linux Kernel 2.4 和 2.6 的區(qū)別
編譯錯誤給
1、 使用新的入口
必須包含
module_init(your_init_func);
module_exit(your_exit_func);
老版本：int init_module(void);
void cleanup_module(voi);
2.4中兩種都可以用伍余，對如后面的入口函數(shù)不必要顯示包含任何頭文件。
2、 GPL
MODULE_LICENSE(“Dual BSD/GPL”);
老版本：MODULE_LICENSE(“GPL”);
3、 模塊參數(shù)
必須顯式包含
module_param(name, type, perm);
module_param_named(name, value, type, perm);
參數(shù)定義
module_param_string(name, string, len, perm);
module_param_array(name, type, num, perm);
老版本：MODULE_PARM(variable,type);
MODULE_PARM_DESC(variable,type);
4、 模塊別名
MODULE_ALIAS(“alias-name”);
這是新增的，在老版本中需在/etc/modules.conf配置，現(xiàn)在在代碼中就可以實運(yùn)衫現(xiàn)。
5、 模塊計數(shù)
int try_module_get(&module);
module_put();
老版本：MOD_INC_USE_COUNT 和 MOD_DEC_USE_COUNT
6、 符號導(dǎo)出
只有顯示的導(dǎo)腔悄滾出符號才能被其他 模塊使用，默認(rèn)不導(dǎo)出所有的符號，不必使用EXPORT_NO
_SYMBOLS
老板本：默認(rèn)導(dǎo)出所有的符號，除非使用EXPORT_NO_SYMBOLS
7、 內(nèi)核版本檢查
需要在多個文件中包含時，不必定義__NO_VERSION__
老版本：在多個文件中包含時，除在主文件外的其他文件中必須定義_
_NO_VERSION__，防止版本重復(fù)定義。
8、 設(shè)備號
kdev_t被廢除不可用，新的dev_t拓展到了32位，12位主設(shè)備號，20位次設(shè)備號。
unsigned int iminor(struct inode *inode);
unsigned int imajor(struct inode *inode);
老版本：8位主設(shè)備號，8位次設(shè)備號
int MAJOR(kdev_t dev);
int MINOR(kdev_t dev);
9、 內(nèi)存分配頭文件變更
所有的內(nèi)存分配函數(shù)包含在頭文件，而原來的不存在
老版本：內(nèi)存分配函數(shù)包含在頭文件
10、 結(jié)構(gòu)體的初試化
gcc開始采用ANSI C的struct結(jié)構(gòu)體的初始化形式：
static struct some_structure = {
.field1 = value,
.field2 = value,
..
};
老版本：非標(biāo)準(zhǔn)的初試化形式
static struct some_structure = {
field1: value,
field2: value,
..
};
11、 用戶模式幫助器
int call_usermodehelper(char *path, char **argv, char **envp,
int wait);
新增wait參數(shù)
12、 request_module()
request_module(“foo-device-%d”, number);
老版本：
char module_name;
printf(module_name, “foo-device-%d”, number);
request_module(module_name);
13、 dev_t引發(fā)的字符設(shè)備的變化
1、取主次設(shè)備號為
unsigned iminor(struct inode *inode);
unsigned imajor(struct inode *inode);
2、老的register_chrdev()用法沒變，保持向后兼容，但不能訪問設(shè)備號大于256的設(shè)備
。
3、新的接口為
a)注冊字符設(shè)備范圍
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, char *name);
b)動態(tài)申請主設(shè)備號
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, char
*name);
看了這兩個函數(shù)郁悶吧^_^！怎么和file_operations結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來??？別急！
c)包含 ，利用struct cdev和file_operations連接
struct cdev *cdev_alloc(void);
void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);
int cdev_add(struct cdev *cdev, dev_t dev, unsigned count);
（分別為，申請cdev結(jié)構(gòu)，和fops連接，將設(shè)備加入到系統(tǒng)中！好復(fù)雜?。。?/p>
d)void cdev_del(struct cdev *cdev);
只有在cdev_add執(zhí)行成功才可運(yùn)行。
e)輔助函數(shù)
kobject_put(&cdev->kobj);
struct kobject *cdev_get(struct cdev *cdev);
void cdev_put(struct cdev *cdev);
這一部分變化和新增的/sys/dev有一定的關(guān)聯(lián)。
14、 新增對/proc的訪問操作
以前的/proc中只能得到string, seq_file操作能得到如long等多種數(shù)據(jù)。
相關(guān)函數(shù)：
static struct seq_operations 必須實現(xiàn)這個類似file_operations得數(shù)據(jù)中得各個成
員函數(shù)。
seq_printf()；
int seq_putc(struct seq_file *m, char c);
int seq_puts(struct seq_file *m, const char *s);
int seq_escape(struct seq_file *m, const char *s, const char *esc);
int seq_path(struct seq_file *m, struct vfount *mnt,
struct dentry *dentry, char *esc);
seq_open(file, &ct_seq_ops);
等等
15、 底層內(nèi)存分配
1、頭文件改為
2、分配標(biāo)志GFP_BUFFER被取消，取而代之的是GFP_NOIO 和 GFP_NOFS
3、新增__GFP_REPEAT，__GFP_NOFAIL，__GFP_NORETRY分配標(biāo)志
4、頁面分配函數(shù)alloc_pages()，get_free_page()被包含在中
5、對NUMA系統(tǒng)新增了幾個函數(shù)：
a) struct page *alloc_pages_node(int node_id,
unsigned int gfp_mask,
unsigned int order);
b) void free_hot_page(struct page *page);
c) void free_cold_page(struct page *page);
6、 新增Memory pools
mempool_t *mempool_create(int min_nr,
mempool_alloc_t *alloc_fn,
mempool_free_t *free_fn,
void *pool_data);
void *mempool_alloc(mempool_t *pool, int gfp_mask);
void mempool_free(void *element, mempool_t *pool);
int mempool_resize(mempool_t *pool, int new_min_nr, int gfp_mask);
16、 per-CPU變量
get_cpu_var();
put_cpu_var();
void *alloc_percpu(type);
void free_percpu(const void *);
per_cpu_ptr(void *ptr, int cpu)
get_cpu_ptr(ptr)
put_cpu_ptr(ptr)
老版本使用
DEFINE_PER_CPU(type, name);
EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(name);
EXPORT_PER_CPU_SYMBOL_GPL(name);
DECLARE_PER_CPU(type, name);
DEFINE_PER_CPU(int, mypcint);
2.6內(nèi)核采用了可剝奪得調(diào)度方式這些宏都不安全。
17、 內(nèi)核時間變化
1、現(xiàn)在的各個平臺的HZ為
Alpha: 1024/1200; ARM : 100/128/200/1000; CRIS: 100; i386: 1000; IA-64:
1024; M68K: 100; M68K-nommu:; MIPS: 100/128/1000; MIPS64: 100;
PA-RISC: 100/1000; PowerPC32: 100; PowerPC64: 1000; S/390: 100; SPARC32:
100; SPARC64: 100; SuperH: 100/1000; UML: 100; v850:; x86-64: 1000.
2、由于HZ的變化，原來的jiffies計數(shù)器很快就溢出了，引入了新的計數(shù)器jiffies_64
3、#include
u64 my_time = get_jiffies_64();
4、新的時間結(jié)構(gòu)增加了納秒成員變量
struct timespec current_kernel_time(void);
5、他的timer函數(shù)沒變，新增
void add_timer_on(struct timer_list *timer, int cpu);
6、新增納秒級延時函數(shù)
ndelay()；
7、POSIX clocks 參考kernel/posix-timers.c
18、 工作隊列（workqueue）
1、任務(wù)隊列（task queue ）接口函數(shù)都被取消，新增了workqueue接口函數(shù)
struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name);
DECLARE_WORK(name, void (*function)(void *), void *data);
INIT_WORK(struct work_struct *work,
void (*function)(void *), void *data);
PREPARE_WORK(struct work_struct *work,
void (*function)(void *), void *data);
2、申明struct work_struct結(jié)構(gòu)
int queue_work(struct workqueue_struct *queue,
struct work_struct *work);
int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *queue,
struct work_struct *work,
unsigned long delay);
int cancel_delayed_work(struct work_struct *work);
void flush_workqueue(struct workqueue_struct *queue);
void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *queue);
int schedule_work(struct work_struct *work);
int schedule_delayed_work(struct work_struct *work, unsigned long
delay);
19、 新增創(chuàng)建VFS的”libfs”
libfs給創(chuàng)建一個新的文件系統(tǒng)提供了大量的API.
主要是對struct file_system_type的實現(xiàn)。
參考源代碼：
drivers/hotplug/pci_hotplug_core.c
drivers/u/core/inode.c
drivers/oprofile/oprofilefs.c
fs/ramfs/inode.c
fs/nfsd/nfsctl.c (simple_fill_super() example)
這個問題挺大的。2.6 時代跨度非常大，從2.6.0 (2023年12月發(fā)布) 到 2.6.39(2023年5月發(fā)布), 跨越了 40 個大版本。3.0(原計劃的 2.6.40, 2023年7月發(fā)布慶亮) 到 3.19（2023年2月發(fā)布）。4.0（2023年4月發(fā)布）到4.2（2023年8月底發(fā)布）?？偟膩碚f，從進(jìn)入2.6之后，每個大版本跨度開發(fā)時間大概是個月。2.6.x , 3.x, 4.x，數(shù)字的遞進(jìn)并沒有非常根本性，非常非常非常引人注目的大變化，但每個大版本中都有一些或大或小的功能改變。主版本號只是一個數(shù)字而已。不過要直接從 2.4.x 升級，隨著時間間隔增大，出問題的機(jī)率當(dāng)然大很多。個人覺得 Linux 真正走入嚴(yán)肅級別的高穩(wěn)定性，高可用性，高可伸縮性的工業(yè)級別內(nèi)核大概是在 2023 年后吧。一是隨著互聯(lián)網(wǎng)的更迅速普及，更多的人使用、參與開發(fā)。二也是社區(qū)經(jīng)過11年發(fā)展，已經(jīng)核銷慢慢摸索出一套很穩(wěn)定的協(xié)同開發(fā)模式，一個重要的特點是 社區(qū)開始使用版本管改差游理工具進(jìn)入管理，脫離了之前純粹手工（或一些輔助的簡陋工具）處理代碼郵件的方式，大大加快了開發(fā)的速度和力度。
改進(jìn)或增加功能
搶占支持(preemption)
普通進(jìn)程調(diào)度器(SCHED_OTHER)之糾極進(jìn)化史
有空時再跑 SCHED_IDLE
普通進(jìn)程的組調(diào)度支持(Fair Group Scheng)
實時進(jìn)程的組調(diào)度支持(RT Group Scheng)
組調(diào)度帶寬控制(CFS bandwidth control)
極大提高體驗的自動組調(diào)度(Auto Group Scheng)
基于調(diào)度域的負(fù)載均衡
更精確的調(diào)度時鐘(HRTICK)
自動 NUMA 均衡(Automatic NUMA balancing)
CPU 調(diào)度與節(jié)能
linux內(nèi)核中fops的介紹就聊到這里吧，感謝你花時間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于linux內(nèi)核中fops,解析：Linux內(nèi)核中的fops是什么？,Linux Kernel 2.4 和 2.6 的區(qū)別的信息別忘了在本站進(jìn)行查找喔。
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創(chuàng)新互聯(lián)（www.cdcxhl.com）互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商,擁有超過10年的服務(wù)器租用、服務(wù)器托管、云服務(wù)器、虛擬主機(jī)、網(wǎng)站系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗。專業(yè)提供云主機(jī)、虛擬主機(jī)、域名注冊、VPS主機(jī)、云服務(wù)器、香港云服務(wù)器、免備案服務(wù)器等。
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