Linux下应用程序调用驱动程序过程：
（1）加载一个驱动模块(.ko)，产生一个设备文件，有唯一对应的inode结构体
a、每个设备文件都有一个对应的’inode‘结构体，包含了设备的主次设备号，是设备的唯一标识。
b、驱动加载至内核，初始化时通常会调用’register_chrdev()‘或’register_blkdev()‘（字符设备和块设备），注册设备号和关联文件操作file_operation。
c、有了设备号后，用class_create()和 device_create()创建设备文件 ，device_create()该函数需要一个有效设备号
d、当设备文件创建后，文件系统会为其创建和初始化一个’inode‘结构体，包含文件类型、权限、所有者信息以及重要的设备号
（2）应用层调用open函数打开设备文件（该函数是在应用层中写好的），对于上层open调用到内核时，发生一次软中断，从用户空间进入到内核空间。
（3）open会调用到sys_open(内核系统调用函数)，sys_open根据文件的地址(文件的路径)，找到设备文件对应的struct inode结构体描述的信息，得知要操作的设备类型（字符设备还是块设备），还会分配一个struct file结构体。
- sys_open:
内核级的系统调用函数，用于打开文件和设备。系统调用是用户空间和内核空间之间的接口，通过系统调用可从用户态切换至内核态。
- sys_open函数的基本操作：
a、解析用户提供的文件名，确定文件位置和权限（通常为文件的路径名，如/dev/设备名）
b、检查文件访问权限
c、分配并初始化一个文件描述符（对该文件操作的引用，非负的整数，是该文件表条目在文件表中的索引）
d、将文件描述符返回给用户空间
- struct file：
- 内核中的重要结构体，表示一个已打开的文件（信息）。
- 包含相关的文件状态信息，如当前偏移量、文件操作指针file_operation（包含对文件读写的操作函数指针）、'inode'结构体指针
- 由sys_open创建，内核为打开的文件创建一个新的'struct file'实例
（4）根据struct inode结构体内记录的主次设备号，在驱动链表（管理所有设备驱动）里面，找到字符设备驱动。
这一步也是后续为了给创建的file结构体内的f_ops成员，文件操作指针赋值
- 驱动链表：
- Linux内核中用于管理设备驱动的关键数据结构，是一个链表或哈希表结构，其中包含了所有注册的设备驱动。
- 字符设备的驱动链表中，每个成员（设备）确实是通过 struct cdev 结构体来表示的。
- 字符设备驱动通过调用 cdev_add() 函数将自己的 cdev 结构体添加到内核的设备表中（这通常是在调用 register_chrdev_region() 或 alloc_chrdev_region() 注册设备号之后进行的。
（5）每个字符设备都有一个struct cdev结构体。描述了字符设备的所有信息，其中最重要的一项是字符设备的操作函数接口。
（6）找到struct cdev结构体后，linux内核就会将struct cdev结构体所在内存空间首地址记录在struct inode结构体i_cdev成员中，将struct cdev结构体中记录的函数操作接口地址记录在strct file结构体的f_ops成员中。
（7）执行xxx_open驱动函数。
流程架构参考自：最全Linux驱动开发全流程详细解析（持续更新）-CSDN博客
inode结构体组成
变量赋值的来源
这些变量的值大多是由文件系统、内核的设备管理子系统，或驱动自身在注册设备时设置的。
例如：
- i_mode(文件模式)：通常由驱动设置以标识设备文件的类型（字符设备或块设备）
- i_rdev(实际设备ID)：包含主设备号和次设备号（高12位和低20位），由register_chrdev()或register_blkdev()设置
文件系统中对于'inode'：
在创建和管理'inode'结构体中起到核心作用，当一个文件系统被挂载时，它会初始化其管理的所有 inode，并负责管理它们的生命周期。文件系统会定义自己的'inode'操作方法（'inode_operation'结构体，也是inode结构体的成员变量）,包括：
a、创建 (create)：当新文件被创建时，文件系统会分配和初始化一个 inode 结构体。这包括设置文件类型、权限、所有者等。
b、查找 (lookup)：在访问文件时，文件系统需要通过路径查找相应的 inode。
c、删除 (delete)：当文件被删除时，文件系统负责清理 inode 结构体，并可能将其空间释放回 inode 缓存。
文件描述符：
用于访问文件和设备的一个抽象表示。文件描述符本质上是一个非负整数，当一个程序打开一个文件（包括设备文件）时，操作系统返回的文件描述符作为未来所有对该文件的操作的引用。
文件描述符的形式和功能
- 形式：文件描述符是一个简单的整数值。在一个进程的上下文中，每打开一个文件或设备，内核就会分配最低未被使用的文件描述符。
- 功能：文件描述符提供了一个通用的方法来引用所有类型的文件，无论它们是普通的磁盘文件、目录、链接还是设备（如键盘、硬盘、网络设备等）。
文件描述符的操作
当一个文件或设备被打开时，内核会创建一个文件表条目。文件描述符就是这个文件表条目在文件表中的索引。
文件表条目包括：文件位置、当前偏移量、访问权限、指向具体文件操作的指针等。
- 基于文件描述符的标准操作：
a、打开操作open(pathname, flags, ... ):打开一个已存在的文件或创建一个新文件，并返回一个文件描述符
b、读操作 (read(fd, buffer, size))：从由 fd 指定的文件或设备中读取数据。
c、写操作 (write(fd, buffer, size))：向由 fd 指定的文件或设备写入数据。
d、输入输出控制操作 (ioctl(fd, command, ...))：对特定的设备执行控制和配置操作。
e、文件控制操作(fcntl(fd, command, ...))：改变已打开的文件性质。
f、关闭操作 (close(int fd))：关闭文件描述符。
file结构体组成
struct file主要成员解释
- f_path：包含文件的路径和文件系统信息，struct path 结构体包括一个指向 dentry（目录项）和 vfsmount（文件系统挂载点）的指针。
- f_inode：指向与文件关联的 inode 结构体的指针，它存储了文件的大部分元数据。
- f_op：指向文件操作表的指针，这个表包含了各种文件操作相关的函数指针，如 read、write、open、release 等。
- f_lock：自旋锁，用于保护文件相关的敏感操作。
- f_count：原子类型，表示文件描述符的引用计数，用于文件描述符的复制和释放管理。
- f_flags：打开文件时使用的标志，如 O_RDONLY、O_NONBLOCK 等。
- f_mode：文件模式，指定文件的访问模式，如只读、只写等。
- f_pos：当前文件的偏移量，表示下一次读/写的起始位置。
- f_owner：文件所有者的信息，常用于信号发送。
- f_mapping：指向文件的地址空间结构，用于文件映射和内存管理。
驱动链表的设备匹配
当一个应用程序尝试通过系统调用(open())访问一个字符设备时，内核在驱动链表中找到相应的设备驱动的步骤：
1、设备号解析
应用程序请求打开一个设备文件(/dev/example)时，内核首先获取该设备文件的'inode'结构体，从中读取主次设备号
- 主设备号：用于识别该设备的驱动程序
- 次设备号：用于识别该驱动程序控制的特定设备实例（控制的是哪个设备）
2、驱动链表搜索
内核中维护了一个包含所有已注册字符设备的列表(register_chrdev())，每个注册设备通过一个'struct cdev'实例表示，并链接到全局链表中。内核遍历这个链表，比较每个'struct cdev'的设备号
- 链表遍历：从链表头部开始，内核遍历每个'cdev'条目
- 匹配主设备号：内核检测每个'cdev'的主设备号是否与请求的主设备号匹配
3、文件操作结构体关联
一旦找到匹配的'cdev'结构体，内核将使用该结构体中的'file_operations'指针。
- 设备操作：应用程序通过系统调用请求的操作（如读取或写入数据）将由file_operations结构体中相应的函数处理。
4、f_op指针设置
内核在打开文件时会创建file struct结构体，但此时部分成员未设置，包括f_op指针(file_operation的指针)。一旦找到正确的驱动，f_op指针会被设置为指向该驱动的file_operations结构体。
后续的操作(如再次读写文件)都会通过这些函数处理（file_operation中的函数）。
Linux设备号：
Linux中每个设备都有一个设备号，由主设备号和次设备号组成。主设备号对应一个具体的驱动，次设备号表示使用这个驱动的各个设备。Linux中提供了一个名为dev_t的数据类型表示设备号，定义在include/linux/types.h中。
1、dev_t类型
- _u32类型别名为_kernel_dev_t;
- _kernel_dev_t别名为dev_t
- 所以dev_t 是__u32 类型的（即unsigned int）
- _u32：32位的无符号整形unsigned int。
该32位数据构成了主设备号和次设备号，高12位为主设备号，低20位为次设备号，所以系统中主设备号范围为0~4095。
2、设备操作函数：
- MINORBITS：次设备号位数，20位。
- MINORMASK：次设备号掩码
- MAJOR(dev)：从dev_t中获取主设备号，将dev_t右移20位
- MINOR(dev)：从dev_t中获取次设备号，取dev_t低20位的值
- MKDEV(ma，mi)：将给定的主设备号和次设备号的值组合成dev_t类型的设备号。(主设备号左移20位)
