文档介绍：第1章 Linux内核简介
世界各地都有人在钻研Linux内核,大多是在写设备驱动程序。尽管每个驱动程序都不一样,而且你还要知道自己设备的特殊性,但是这些设备驱动程序的许多原则和基本技术技巧都是一样的。通过本书,可以学会写自己的设备驱动程序,并且可以钻研内核的相关部分。本书涉及到的是设备无关编程技巧,不会将例子跟特殊设备绑定在一起。
本章没有实际编写代码。但我要介绍一些关于Linux内核的背景概念,这样到我们稍后开始介绍实际编程时,就很顺利了。
当你学习编写驱动程序的时候,你也会发现很多关于Linux内核的知识,这对理解你机器怎么工作很有帮助,并且还可以知道为什么你的机器没有希望的那么快,或者为什么不按照你象要它做的那样做。我们会逐渐介绍一些新概念,先从简单的驱动程序开始,每介绍一些新概念都会看到相关例子代码,这些代码都不需要特殊硬件。
驱动程序作者的作用
作为一个程序员,你可以选择自己的驱动程序,在编程所需时间和结果的灵活性之间做个可以接受的权衡。尽管说驱动程序的灵活性看起来有那么点怪,我喜欢这个词是因为它强调了设备驱动程序提供的是机制,而不是策略。
机制和策略之间的差别是Unix设计背后最好的点子之一。实际编程中遇到的大多数问题都可以被划分成两个部分:“需要作什么”(机制)和“这个程序怎么用”(策略)。如果这两个主题是由程序不同部分来承担的,或者是由不同的程序组合一起承担的,那么这个软件包就很容易开发,也很适合特殊需求。
举个例子,Unix的图形显示管理在X服务器和窗口管理器之间划了一道线,X服务器了解硬件并给用户程序提供唯一的接口,而窗口管理器实现特殊的策略并不需要知道硬件的任何信息。人们可以在不同硬件上使用同样的窗口管理器,并且不同用户在同一台工作站上可以使用不同的设置。另一个例子是TCP/IP的网络分层结构:操作系统提供抽象的套接字操作,是设备无关的,不同服务器主管这个服务。另外,ftpd服务器提供文件传输机制,而用户可以使用任何客户端程序;命令行的客户端和图形化界面的客户端都存在,并且谁都可以为传输文件写一个新的用户界面。
只要涉及到驱动程序,就会运用这样的功能划分。软盘驱动程序是设备无关的——这不仅表现在磁盘是一个连续读写的字节数组上。如何使用设备是应用程序要做的事:tar要连续地写数据,而mkfs则为要安装的设备做准备工作,mcopy依赖于设备上存在的特殊数据结构。
在写驱动程序时,程序员应该特别留心这样的基本问题:我们要写内核代码访问硬件,但由于不同用户有不同需要,我们不能强迫用户采用什么样的特定策略。设备驱动程序应该仅仅处理硬件,将如何使用硬件的问题留给应用程序。如果在提供获得硬件能力的同时没有增加限制,我们就说驱动程序是灵活的。不过,有时必须要作一些策略决策。
可以从不同侧面来看你的驱动程序:它是位于应用层和实际设备之间的软件。驱动程序的程序员可以选择这个设备应该怎样实现:不同的驱动程序可以提供不同的能力,甚至相同的设备也可以提供不同能力。实际驱动程序设计应该是在众多需求之间的一个平衡。例如,不同程序可以同时使用同一个设备,而驱动程序的开发者可以完全自由地决定如何处理同步机制。你可以实现到设备上的内存映射,而完成独立于硬件的具体能力,或者你可以提供给用户函数库,帮助应用程序的程序员在可用原语的基础上实现新策略