用面向对象思想分析linux字符设备驱动开发

这段时间在学习linux的内核驱动，写一下我的学习心得。大家一起交流交流。

之前开发都是采用C++、C#、java来开发，第一次采用纯C的语言来开发。因此或多或少都会在开发的时候采用面向对象的思想来思考问题。C语言虽然是面向过程的语言，但是在linux的内核中到处都可以看到其采用面向对象的思想，最典型的就是文件系统，llinux把各种文件系统都可以转换成一种标准的文件系统，提供统一的接口给用户。

另一个例子就是在linux系统中，一切皆文件，对硬件设备的访问、操作都可以像文件一样通过read、write、open等接口(系统调用)来操作。下面结合linux内核驱动开发中的scull例子来详细描述一下。

开发scull的大致步骤如下：

1.获取主次设备号，初始化字符设备。

获取主次设备号这里就不讲了。scull使用scull_dev类型的结构表示设备，其定义：

struct scull_dev {

struct scull_qset *data; /* Pointer to first quantum set */

int quantum; /* the current quantum size */

int qset; /* the current array size */

unsigned long size; /* amount of data stored here */

unsigned int access_key; /* used by sculluid and scullpriv */

struct semaphore sem; /* mutual exclusion semaphore */

struct cdev cdev; /* Char device structure */

};

在这里我们可以把cdev看作是基类，scull_dev继承cdev。在C语言中，没有继承机制，因此采用包含一个结构体对象来实现继承。而其他的成员则是在cdev基础上扩展的，是scull_dev自己所拥有的信息（资源）。因而采用面向对象思想来看这一步骤，就是继承cdev字符设备基类，实现一个我们所要开发的字符设备类，即scull_dev.

这一步也很好理解，因为scull_dev也属于字符设备，属于cdev的一种。

2.实现系统调用

在linux系统中，一切皆文件，因而对设备的调用同文件的调用是一样的。在scull中需要定义一个file_operations对象,并在初始化的时候调用cdev_init(&dev->cdev, &scull_fops)绑定这些实现函数到字符设备。

struct file_operations scull_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.llseek = scull_llseek,

.read = scull_read,

.write = scull_write,

.ioctl = scull_ioctl,

.open = scull_open,

.release = scull_release,

};

其中，scull_read，scull_release等就是我们要实现的函数。采用面向对象的思想话我们可以把这些函数看成是cdev的虚函数(接口，也许可能属于更上一层的接口)，是我们继承cdev后需要按照我们自己需求实现的接口。系统调用read后根据虚函数机制，程序变根据虚指针选择scull_dev的scull_read。结合上面的步骤，如果linux中内核代码是C++，我们可以得到scull_dev的C++代码

class cdev

{

public:

cdev();

virtual ~cdev();

virtual int open();//参数我就不写了

virtual int close();

virtual ssize_t read();

.....

private:

//一些其他成员变量或其他

}

class scull_dev:public cdev

{

public:

scull_dev();

int open();//即scull_open

int close();//即scull_close