Unix操作系統設備驅動程序的基本結構
學習了很多關于Unix操作系統的知識，今天我們來講解下Unix操作系統設備驅動程序的基本結構的知識。在Unix操作系統里，對用戶程序而言，設備程序隱藏了設備的具體細節，對各種不同設備提供了一致的接口，一般來說是把設備映射為一個特殊的設備文件，用戶程序可以象對其它文件一樣對此設備文件進行操作。
Unix操作系統對設備支持兩個標準接口：塊特別設備文件和字符特別設備文件，通過塊（字符）特別設備文件存取的設備稱為塊（字符）設備或具有塊（字符）設備接口。
塊設備接口僅支持面向塊的I/O操作，所有I/O操作都通過在內核地址空間中的I/O緩沖區進行，它可以支持幾乎任意長度和任意位置上的I/O請求，即提供隨機存取的功能。字符設備接口支持面向字符的I/O操作，它不經過Unix操作系統的快速緩存，所以它們負責管理自己的緩沖區結構。字符設備接口只支持順序存取的功能，一般不能進行任意長度的I/O請求，而是限制I/O請求的長度必須是設備要求的基本塊長的倍數。
顯然，本程序所驅動的串行卡只能提供順序存取的功能，屬于是字符設備，因此后面的討論在兩種設備有所區別時都只涉及字符型設備接口。設備由一個主設備號和一個次設備號標識。主設備號唯一標識了設備類型，即設備驅動程序類型，它是塊設備表或字符設備表中設備表項的索引。次設備號僅由設備驅動程序解釋，一般用于識別在若干可能的硬件設備中，I/O請求所涉及到的那個設備。
Unix操作系統設備驅動程序可以分為三個主要組成部分：
1 自動配置和初始化子程序，負責檢測所要驅動的硬件設備是否存在和是否能正常工作。如果該設備正常，則對這個設備及其相關的、設備驅動程序需要的軟件狀態進行初始化。這部分驅動程序僅在初始化的時候被調用一次。
2 服務于I/O請求的子程序，又稱為驅動程序的上半部分。調用這部分是由于系統調用的結果。這部分程序在執行的時候，系統仍認為是和進行調用的進程屬于同一個進程，只是由用戶態變成了核心態，具有進行此Unix操作系統調用的用戶程序的運行環境，因此可以在其中調用sleep等與進程運行環境有關的函數。
3 中斷服務子程序，又稱為驅動程序的下半部分。在Unix操作系統中，并不是直接從中斷向量表中調用設備驅動程序的中斷服務子程序，而是由Unix操作系統來接收硬件中斷，再由系統調用中斷服務子程序。
中斷可以產生在任何一個進程運行的時候，因此在中斷服務程序被調用的時候，不能依賴于任何進程的狀態，也就不能調用任何與進程運行環境有關的函數。因為設備驅動程序一般支持同一類型的若干設備，所以一般在系統調用中斷服務子程序的時候，都帶有一個或多個參數，以唯一標識請求服務的設備。
在Unix操作系統內部，I/O設備的存取通過一組固定的入口點來進行，這組入口點是由每個設備的設備驅動程序提供的。一般來說，字符型設備驅動程序能夠提供如下幾個入口點：
1 open入口點。打開設備準備I/O操作。對字符特別設備文件進行打開操作，都會調用設備的open入口點。open子程序必須對將要進行的I/O操作做好必要的準備工作，如清除緩沖區等。如果設備是獨占的，即同一時刻只能有一個程序訪問此設備，則open子程序必須設置一些標志以表示設備處于忙狀態。
2 close入口點。關閉一個設備。當***一次使用設備終結后，調用close子程序。獨占設備必須標記設備可再次使用。
3 read入口點。從設備上讀數據。對于有緩沖區的I/O操作，一般是從緩沖區里讀數據。對字符特別設備文件進行讀操作將調用read子程序。
4 write入口點。往設備上寫數據。對于有緩沖區的I/O操作，一般是把數據寫入緩沖區里。對字符特別設備文件進行寫操作將調用write子程序。
5 ioctl入口點。執行讀、寫之外的操作。
6 select入口點。檢查設備，看數據是否可讀或設備是否可用于寫數據。select系統調用在檢查與設備特別文件相關的文件描述符時使用select入口點。如果設備驅動程序沒有提供上述入口點中的某一個，系統會用缺省的子程序來代替。對于不同的Unix操作系統，也還有一些其它的入口點。
好了，關于Unix操作系統設備驅動程序的基本結構的知識，我們今天就講解到這里，以后希望有更多的機會來和大家來探討。
【編輯推薦】
