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Linux内核与用户空间的字符设备交互

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简介:
本文探讨了Linux系统中内核与用户空间之间的字符设备通信机制,包括设备驱动程序的设计、文件操作接口及I/O控制命令的应用。 Linux内核用户空间通过字符设备交互的代码在其他资源中可能并不支持3.x以上的内核版本,但我提供的代码已经亲测可用。

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  • Linux
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    本文探讨了Linux系统中内核与用户空间之间的字符设备通信机制,包括设备驱动程序的设计、文件操作接口及I/O控制命令的应用。 Linux内核用户空间通过字符设备交互的代码在其他资源中可能并不支持3.x以上的内核版本,但我提供的代码已经亲测可用。
  • Linux通信Netlink实现
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    本文探讨了在Linux系统中,内核模块与用户空间进程之间通过Netlink接口进行高效通信的具体实现方式和技术细节。 Linux内核与用户空间通信的主要方式有九种:内核启动参数、模块参数及sysfs、sysctl、系统调用、netlink、procfs、seq_file、debugfs和relayfs。Netlink是一种特殊的文件描述符(套接字),适用于2.6.14及以上版本的Linux,提供了一种在内核与用户应用间进行双向数据交互的方法。通过使用标准的套接字API,用户态应用程序可以利用netlink的强大功能;而在内核态,则需要调用专门的内核API来实现这一目的。Netlink的应用非常广泛,例如,在Linux系统的网络防火墙中,既有运行在内核空间中的netfilter模块也有工作于用户空间中的iptables工具。
  • 关于GPIO新应.docx
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    本文档探讨了GPIO用户空间在字符设备中的一种创新应用方式,详细分析了其工作原理和实现方法,并提供了实际案例以展示该技术的优势与潜力。 在Linux系统中,GPIO(通用输入输出)是一种允许操作系统与硬件端口通信的接口。从4.8内核版本开始,推荐使用基于字符设备的新方法来操作GPIO,而不是传统的sysfs接口。新的字符设备接口提供了更高效的资源管理和更多功能特性。 新接口通过ioctl调用和简单的API提供了一种系统化的方法处理GPIO,并确保在关闭文件描述符时自动释放所有分配的资源。此外,它还增加了如事件轮询、批量设置读取GPIO状态等sysfs接口不具备的功能。 ``头文件定义了以下功能: 1. **获取芯片信息**:获得有关GPIO芯片的信息。 2. **获取行信息**:了解特定GPIO线的属性,例如方向和上下拉配置。 3. **行请求**:申请使用指定的GPIO线并设置其方向。 4. **读取/写入值**:控制或查询GPIO的状态。 5. **事件请求**:注册边缘触发事件以响应状态变化。 6. **轮询事件**:监控GPIO上的活动,以便及时处理任何更改。 7. **获取事件信息**:检索发生的事件及时间戳。 为简化对内核API的使用,Linux社区开发了一个名为`libgpiod`的C库。该库包括各种工具(如`gpiodetect`, `gpioinfo`, `gpioset`, `gpioget`, `gpiofind`和`gpiomon`),帮助用户更方便地操作GPIO。 例如,在一个控制LED灯的应用程序中,可以使用下面命令来点亮或关闭连接到GPIO5_1的LED: ```bash .new-gpio-api devgpiochip5 1 0 ``` 此命令设置GPIO5_1为低电平以打开LED,并在五秒后切换回高电平使LED熄灭。 Linux GPIO字符设备接口从4.8版本开始提供了一种强大且灵活的机制,使用户空间程序能够更高效、安全地与硬件交互。`libgpiod`库及其相关工具进一步简化了GPIO编程任务,并促进了实现各种系统级功能的应用开发。随着C++和Python绑定以及GPIO守护进程等组件的发展,GPIO编程的便利性和扩展性将不断得到提升。
  • Linux态和——Netlink篇源码.rar
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    本资源为《Linux用户态和内核态交互——Netlink篇源码》压缩包,包含详细的Netlink通信机制代码示例及注释,适用于深入学习Linux系统编程。 Linux 用户态与内核态的交互可以通过多种机制实现,其中Netlink是一种重要的通信方式。本段落将重点介绍使用Netlink进行用户空间程序与内核模块之间的数据交换,并对相关的源代码进行详细解析。 在Linux系统中,Netlink套接字提供了一种让内核和用户进程之间可以直接通讯的方法。它主要应用于各种网络配置、路由信息更新等场景下,能够实现高效的数据传输及事件通知机制。 首先,在编写使用Netlink的程序时需要创建一个特定类型的socket: ```c int sock = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE); ``` 然后可以通过该套接字向内核发送请求并接收响应。此外还需要设置适当的地址结构体以指定目标进程或模块,例如: ```c struct sockaddr_nl local; memset(&local, 0, sizeof(local)); local.nl_family = AF_NETLINK; struct sockaddr_nl dest; dest.nl_family = AF_NETLINK; dest.nl_pid = 0; // 内核端点的PID值设为零表示所有内核模块 dest.nl_groups = 0x1; // 根据需要加入不同的组以接收特定类型的消息 // 绑定本地地址到socket bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)); ``` 接下来,程序可以通过sendto函数向指定的Netlink端点发送消息,并使用recvfrom来监听到来的数据包。为了处理复杂的请求和响应流程,往往还需要设计适当的协议格式及解析逻辑。 在内核空间中,则需要实现相应的接收、处理以及回复用户态数据的功能模块。这通常涉及到netlink_kernel_create等接口函数的调用: ```c struct netlink_kernel_cfg cfg = { .input = my_netlink_input, .groups = 0x1, // 设置初始组成员资格 }; int nl_sk = netlink_kernel_create(&init_net, MY_NETLINK_TYPE, &cfg); ``` 以上简要介绍了使用Netlink实现用户态与内核交互的基本方法及关键代码段,具体应用时还需结合实际情况进行详细设计和调试。
  • Linux下通过KO驱动实现操作GPIO方法
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    本文档介绍在Linux环境下利用字符设备内核模块(KO)来访问和控制GPIO引脚的具体方法,使读者能够深入理解如何在用户空间进行GPIO的操作。 在Linux操作系统中,GPIO(通用输入输出接口)允许系统与外部硬件进行简单的双向通信。用户空间操作GPIO通常需要使用内核模块来直接控制GPIO引脚的设置状态。 理解基本概念是至关重要的:GPIO是一组可配置为输入或输出模式的处理器或SoC上的引脚,用于读取和写入设备的状态信息。在Linux中,通过内核提供的GPIO子系统管理这些接口。 字符设备驱动程序提供了一种简单的与硬件交互方式,在这种情况下我们创建一个这样的驱动来控制GPIO的操作,并且用户空间可以通过文件操作如打开、写入和读取来进行相应的操作。 实现过程包括: 1. **注册GPIO控制器**: - 定义`struct gpio_chip`结构体,包含有关GPIO的信息。 - 使用`gpiochip_add()`函数将该芯片添加到系统中以供管理使用。 2. **创建字符设备节点**: - 为驱动程序分配一个唯一的标识符和设备号。 - 实现并初始化字符设备操作集(如文件读写等)并通过相关API注册这些操作。 3. **实现基本的文件操作函数**: - `open()`:当打开设备时,进行必要的资源准备。 - `release()`: 关闭设备时释放所有已分配的资源。 - `ioctl()`或`write(), read():` 实现GPIO的实际读写功能。例如通过这些方法可以设置一个GPIO的状态为高电平或低电平,并且可以通过读取来获得当前状态。 4. **用户空间接口**: - 用户程序创建设备文件并通过打开它与驱动交互。 - 通常使用特定的命令如`ioctl()`或者直接写入和读出操作来控制GPIO的状态变化(例如,设置为高电平或低电平)。 5. **卸载驱动**: - 当不再需要时通过相应的API移除字符设备并释放相关的资源。 在实现过程中需要注意权限问题。通常只有root用户可以执行这些操作,并且可能需要修改文件的访问控制以允许普通用户进行某些类型的GPIO交互。 总结来说,Linux下的一种方法是编写一个字符设备驱动程序来使用户空间能够通过类似文件系统的接口灵活地操控GPIO的状态和功能。这种方法提高了应用程序与硬件通信的能力及效率,特别是在那些需要频繁调整GPIO状态的应用场景中非常有用。
  • Libkcapi:Linux加密API接口库
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    简介:Libkcapi是一个为Linux系统设计的动态链接库,它允许用户空间程序通过标准的加密API与Linux内核进行安全通信和数据处理。 libkcapi 是一个用于 Linux 内核加密 API 的用户空间接口库。它允许用户通过 Netlink 接口访问内核的 crypto API,并提供易于使用的API,使开发者无需关心底层Netlink处理细节。该库本身不实现任何密码算法;所有请求均由使用者发送至内核进行处理,结果再由库返回给调用者。 libkcapi 的设计重点在于性能优化,它并不执行加密数据的实际操作,仅作为中间件传递信息和指令。为了进一步提升效率,此库使用分散/收集列表来避免在内存中移动数据的需求。 项目结构包括: - lib/: 库源代码存放位置 - apps/: 运行时链接到lib的示例程序目录 - test/: 功能测试用例所在位置 - speed-test/: 性能基准测试工具目录 - kernel-patches/: 提供非对称加密和DH算法支持的Linux内核补丁包
  • Linux Netlink 示例代码:利Net Link实现数据通信
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    本文提供了使用Linux Netlink进行内核与用户空间通信的示例代码。通过这些实例,读者可以了解如何在两者间高效传输数据。适合对网络编程感兴趣的开发者阅读和实践。 eunetlink.c 是用户程序源码,eknetlink.c 是内核程序源码。Netlink 提供了一种强大且有效的用户与内核之间的通信机制。本段落通过静态地新增一个 Netlink 协议类型,并使用该新类型的 Netlink 实现用户态和内核态的双向通信,从而对 Linux 的 Netlink 通讯方式有了初步了解。 运行环境为 Android 提供的 goldfish 模拟器平台,Linux 内核版本为 2.6.29。
  • Linux-Surface:适合SurfaceLinux
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    Linux-Surface项目致力于为微软Surface系列设备提供定制化的Linux内核支持,优化硬件兼容性和性能表现,让Surface用户能够享受到流畅的开源操作系统体验。 linux-surface是一个专为Surface设备设计的Linux内核项目。该项目致力于优化Surface系列硬件在Linux系统上的兼容性和性能表现。
  • Linux驱动实验报告
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    本实验报告详细探讨了在Linux操作系统环境下进行内核及设备驱动开发的相关实践。通过理论结合实际操作,深入研究了Linux内核架构和各类常见硬件设备驱动程序的设计与实现方法,并分析了一些典型问题的解决方案。 Linux内核和设备驱动程序实验报告涵盖了对Linux操作系统核心组件及硬件接口软件的深入研究与实践操作。通过本次实验,我们不仅加深了对Linux系统架构的理解,还提高了在实际开发环境中配置和调试设备驱动的能力。实验内容包括但不限于编写简单的字符设备驱动、理解模块加载卸载机制以及探索内核空间编程技巧等关键技能的学习和应用。
  • Linux驱动
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    《Linux字符设备驱动设计》一书深入浅出地介绍了在Linux操作系统下开发和维护字符设备驱动程序的关键技术和方法。 Linux字符设备驱动程序的设计涉及在Linux系统内创建并实现此类驱动程序。这类驱动程序由一系列执行不同任务的函数组成,为用户提供访问设备的方法,并负责处理内核与硬件之间的数据交换。 设计一个有效的Linux字符设备驱动程序需要完成以下主要功能: - 初始化设备:这通常包括调用`register_chrdev()`来注册字符设备。 - 提供各种服务给用户空间的应用程序 - 管理从内核到实际物理或虚拟设备的数据传输和接收 为了确保不同驱动间的函数名不冲突,建议在每个函数前加上以设备名称为标识的前缀。 此外,在Linux系统中,所有字符型及块型设备都需要通过建立相应的特殊文件来实现对它们的操作。这些文件通常位于`/dev`目录下,并且可以通过标准系统调用如open()、close()等进行操作。 初始化函数(init)是驱动程序的一部分,用于执行必要的启动任务,确保硬件准备就绪并注册到内核中以供使用。 ```c void mydev_init(void) { if (register_chrdev(40, mydev, &mydev_fops)) { TRACE_TXT((Device(40) driver registered error); } else { TRACE_TXT((Device(40) driver registered successfully); } } ``` 基本入口点是`file_operations`结构体,该结构定义了驱动程序中函数的指针集合。这些函数涵盖了设备的各种操作。 ```c struct file_operations { int (*lseek)(); int (*read)(); int (*write)(); // 其他成员省略... }; ``` 对于字符型设备来说,典型的入口包括`open()`、`release()`、`read()`、`write()`和`ioctl()`等。 - `open()`: 当用户尝试打开一个特殊文件时被调用。 ```c int open(struct inode *inode, struct file *file) { // 实现代码略 } ``` - `read()`: 用于从设备读取数据到缓冲区中。 ```c int read(struct file *file, char *buf, int count) { // 实现代码略 } ``` - `write()`: 反之,它将用户空间的数据写入到指定的设备。 ```c int write(struct file *file, const char *buf, int count) { // 实现代码略 } ``` - `ioctl()`:用于执行各种特定于硬件的操作。 ```c int ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) { // 实现代码略 } ``` - `release()`: 当设备不再被使用时,它负责清理资源并释放内存等资源。 ```c void release(struct inode *inode, struct file *file) { // 实现代码略 } ```