Liunx tty子系統分析之三 tty字符設備文件操作接口說明

本章主要介紹tty字符設備文件對應的操作接口，從而說明tty設備的數據打開、關閉、讀、寫等接口的實現等內容。

tyy file_operations定義

tty字符設備文件操作接口的定義如下，主要包括tty_fops、console_fops、hung_up_tty_fops，其中console_fops為控制檯設備的文件操作接口，hung_up_tty_fops為tty設備掛起後的文件操作接口，而tty_fops則為非控制檯設備的文件操作接口。

在之前幾章的介紹中，我們已經說明過，在tty字符設備文件的打開操作後，完成tty_struct創‘建、tty_struct與tty_port、tty_struct與tty_ldisc等關聯，下面我們簡要分析下這幾個函數。

tty_open接口

針對tty_open接口而言，主要實現如下幾個功能：

1. 若打開的tty設備為控制終端，則通過調用tty_open_current_tty湖區當前進程對應控制終端所對應的tty_struct指針；
2. 若1中沒有找到對應tty_struct，則根據字符設備號從tty_drivers鏈表中查找已註冊的tty_driver,若該tty_driver與對應tty端口的tty_struct已完成綁定，則獲取對應的tty_struct指針；
3. 若以上兩步均沒有獲取到tty端口對應的tty_struct，則說明該tty端口對應的tty_struct還沒有創建，則調用tty_init_dev完成tty_struct的創建，並完成tty_struct與tty_driver的綁定、tty_struct與tty_port、tty_struct與ldisc、tty_struct與tty device的綁定操作， 並調用tty_ldisc_setup，進行線路規程的打開（如termios的設置，ldisc的使能、ldisc緩存的初始化等）等等

針對tty_open接口，主要涉及如下幾個函數的調用：tty_open_current_tty、tty_driver_lookup_tty、tty_init_dev、initialize_tty_struct、tty_driver_install_tty等接口，而針對tty_init_dev接口而言，則主要實現tty_struct的創建以及各數據結構之間的關聯等信息。

tty_init_dev

1. 創建一個tty_struct類型的變量，用於完成一個tty_struct、tty_driver的綁定等操作

2.調用initialize_tty_struct，初始化tty_struct類型變量，包括根據tty端口的id、tty端口對應的device

tty端口對應tty_driver、線路規程等設置該tty_struct對應的成員

3.調用tty_driver_install_tty，完成tty_driver與tty_struct的綁定，並初始化tty_struct的termios參數

4.調用tty_ldisc_setup，打開線路規程的open接口（如設置termios、關閉流控、使能ldisc）等功能

5.完成tty_struct與tty_port的關聯

tty_read接口

當執行完成tty_open後，則完成了tty_driver、tty_port、tty device、tty_ldisc、tty_struct等數據結構的關聯，則可以與tty端口進行讀寫操作了。下面說明下tty_read的操作流程。

如下圖所示，針對應用程序讀tty端口的操作，主要包括如下幾個步驟：

1. 應用程序read調用sys_read接口，由內核的vfs_read接口繼續進行讀操作；
2. vfs_read則根據tty字符設備文件inode，調用tty_read進行讀操作；
3. 而tty_read則通過tty_struct獲取其關聯的tty_ldisc，調用tty_ldisc的read接口；
4. 在tty_ldisc的read接口中，從tty->ldisc_data中獲取已存儲的數據，若存儲的數據個數小於應用程序所需要讀取的個數，則將該讀進程加入到tty_struct->read_wait等待隊列中，等待數據可讀或者超時時間到期時，再次喚醒該讀進程。
5. 在tty_driver的驅動中，在其接收中斷中，當接收到數據後，則將數據寫入到tty_port的緩存中（調用tty_insert_flip_char執行寫入操作），最後調用tty_flip_buffer_push接口，從而執行tty_port的buf對應的工作隊列，從而調用其回調函數flush_to_ldisc，而在flush_to_ldisc中會調用tty_ldisc->ops->receive_buff接口，將數據寫入到tty->ldisc_data的接收緩存中，並喚醒tty_struct->read_wait，喚醒該等待隊列上所有阻塞的讀進程。

tty_write接口

針對tty_write的操作流程，與tty_read類似，下面說明下tty_read的操作流程。

如下圖所示，針對應用程序寫tty端口的操作，主要包括如下幾個步驟：

1. 應用程序write調用sys_write接口，由內核的vfs_write接口繼續進行讀操作；
2. vfs_write則根據tty字符設備文件inode，調用tty_write進行讀操作；
3. 而tty_write'則通過tty_struct獲取其關聯的tty_ldisc，調用tty_ldisc的write接口；
4. 在tty_ldisc的write接口中，調用tty_driver->ops->write接口進行寫操作，若當前需要寫入的數據沒有寫完，則將該寫進程加入到tty_struct->write_wait等待隊列中，等待數據可寫或者超時，再次喚醒該寫進程。
5. 在tty_driver的驅動中，在其發送中斷中，若該tty端口可繼續進行數據的寫操作，則調用tty_wakeup，並喚醒tty_struct->write_wait，喚醒該等待隊列上所有阻塞的寫進程。

tty_poll接口

該接口主要用於select、epoll機制，主要也是藉助tty_struct->read_wait、tty_struct->write_wait等待隊列，完成tty_poll接口的實現，此處不再展開。

tty_close接口

1. 若當前tty_struct上僅有一個文件描述符，則該tty_struct變量也可以釋放掉，因此需要等待該文件描述符上所有已等待的讀寫隊列成員，並設置tty_struct是可釋放的；
2. 調用tty_del_file，解除該文件描述符與tty_struct的關聯；

該接口主要調用release_tty、tty_ldisc_release、tty_ldisc_kill、tty_del_file等接口，用於解除tty_struct、tty_driver、tty_ldisc、tty_port、tty device之間的關聯。此處我們對release_tty進行簡要說明

release_tty接口

其實現的功能如下：

1. 調用tty_driver->ops->shutdown,執行tty端口的關閉操作（如關閉收發中斷、停止接收與發送等功能）；
2. 調用tty_driver_remove_tty，去除tty_struct與tty_driver的關聯
3. 調用tty_kref_put，tty_struct的引用計數減一，當tty_struct的引用計數為0時，則調用queue_release_one_tty，釋放該tty_struct的空間（包括調用tty_struct->cleanup釋放tty端口的資源，並釋放該tty_struct所佔用的空間）

本章主要介紹tty字符設備接口的文件操作接口，其open接口主要完成tty_struct創建、tty_driver、tty_port、tty_ldisc、tty device的關聯操作；而讀寫接口則主要藉助等待隊列、工作隊列完成對tty端口的讀寫操作。下一章則根據tty__register_driver、tty_port_register_device創建一個虛擬的tty串口驅動，以便我們不借助開發板也可以進行tty子系統驅動的學習工作。

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關鍵字: 數據結構 接口 描述符