Linux驱动应用层与内核层之间的数据传递

摘要

本文将深入探讨在Linux驱动中，应用层与内核层之间数据传递的机制和优化策略。我们将详细解析这一过程中的各个步骤，包括数据从应用层到内核层的传输，以及从内核层返回应用层的过程。此外，我们将提出并评估一系列可能的优化策略，以提升数据在不同层次之间的传递效率。

一.引言

Linux作为一种开源的操作系统，因其稳定性和高效性而在服务器、桌面和嵌入式系统等领域得到了广泛应用。在Linux系统中，驱动是操作系统与硬件设备进行交互的关键部分。理解并优化应用层与内核层之间的数据传递对于提升系统性能、增强稳定性以及提高安全性具有重要意义。

二.Linux驱动应用层与内核层的数据传递过程

1.从应用层到内核层的数据传递

在Linux系统中，应用层（用户空间）与内核层（内核空间）之间的数据传递主要通过系统调用实现。当应用层需要访问或修改硬件资源时，它会发出一个系统调用。这个调用首先通过用户空间的栈进行验证和处理，然后通过内核空间的栈进行进一步的验证和处理。

（1）图解

（2）调用代码

static inline long copy_from_user(void *to, const void __user * from, unsigned long n)

（3）参数解释

（4）代码片段

/**
* @name: misc_write
* @test: 往设备写入数据，当用户层调用函数 write 时，对应的，内核驱动就会调用这个函数。
* @msg:
* @param {structfile} * filefile 结构体
* @param {constchar__user} *ubuf 这是对应用户层的 write 函数的第二个参数const void *buf
* @param {size_t} size 对应用户层的 write 函数的第三个参数 count。
* @param {loff_t} *loff_t 这是用于存放文件的偏移量的，回想一下系统编程时，读写文件的操作都会使偏移量往后移。
* @return {*} 当返回正数时，内核会把值传给应用程序的返回值。一般的，调用成功会返回成功读取的字节数。如果返回负数，内核就会认为这是错误，应用程序返回-1。
*/
ssize_t misc_write (struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size)
{
    char kbuf[64]={0};
    if(copy_from_user(kbuf,ubuf,size)!=0)
    {
        printk("copy_from_user error\n ");
        return -1;
    }
    printk("kbuf is %s\n ",kbuf);
    return 0;
}

2.从内核层到应用层的数据传递

当内核层处理完来自应用层的请求后，需要将处理结果返回给应用层。这个过程通常包括以下步骤：首先，内核空间将处理结果存储在用户空间的内存中；然后，系统通过信号或中断机制通知应用层结果已经准备好；最后，应用层重新获取处理结果并进行后续处理。

（1）图解

（2）调用代码

static inline long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

（3）参数解释

（4）代码片段

/**
* @name: misc_read
* @test: 从设备中读取数据，当用户层调用函数 read 时，对应的，内核驱动就会调用这个函数。
* @msg:
* @param {structfile} *file file 结构体
* @param {char__user} *ubuf 这是对应用户层的 read 函数的第二个参数 void *buf
* @param {size_t} size 对应应用层的 read 函数的第三个参数
* @param {loff_t} *loff_t 这是用于存放文件的偏移量的，回想一下系统编程时，读写文件的操作都会使偏移量往后移。
* @return {*} 当返回正数时，内核会把值传给应用程序的返回值。一般的，调用成功会返回成功读取的字节数。如果返回负数，内核就会认为这是错误，应用程序返回-1
*/
ssize_t misc_read (struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t) {
    char kbuf[] = "hehe";
    if(copy_to_user(ubuf,kbuf,strlen(kbuf))!=0)
    {
        printk("copy_to_user error\n ");
        return -1;
    }
    printk("misc_read\n ");
    return 0;
}