内核的数据类型

字节序

不要假设字节序。 代码应该编写成不依赖所操作数据的字节序的方式。

头文件 <asm/byteorder.h> 定义：

#ifdef __ARMEB__#include <linux/byteorder/big_endian.h>#else#include <linux/byteorder/little_endian.h>#endif

在<linux/byteorder/big_endian.h>中定义了__BIG_ENDIAN，而在<linux/byteorder/little_endian.h>中定义了__LITTLE_ENDIAN，这些依赖处理器的字节序当处理字节序问题时,需要编码一堆类似 #ifdef __LITTTLE_ENDIAN 的条件语句。

但是还有一个更好的方法：Linux 内核有一套宏定义来处理处理器字节序和特定字节序之间的转换。例如:

u32 cpu_to_le32 (u32);u32 le32_to_cpu (u32);/*这些宏定义将一个CPU使用的值转换成一个无符号的32位小头数值，无论 CPU 是大端还是小端，也不管是不是32 位处理器。在没有转换工作需要做时，返回未修改的值。*//*有很多类似的函数在 <linux/byteorder/big_endian.h> 和 <linux/byteorder/little_endian.h> 中定义*/

数据对齐

编写可移植代码而值得考虑的最后一个问题是如何访问未对齐的数据。存取不对齐的数据应当使用下列宏:

#include <asm/unaligned.h>get_unaligned(ptr);put_unaligned(val, ptr);

这些宏是无类型的，并对各总数据项，不管是 1、2、4或 8 个字节，他们都有效，并且在所有内核版本中都有定义。

关于对齐的另一个问题是数据结构的跨平台移植性。同样的数据结构在不同的平台上可能被不同地编译。为了编写可以跨体系移植的数据结构，应当始终强制数据项的自然对齐。自然对齐（natural alignment）指的是：数据项大小的整数倍的地址上存储数据项。应当使用填充符避免强制自然对齐时编译器移动数据结构的字段，在数据结构中留下空洞。

dataalign 程序实验展示了编译器如何强制对齐。

为了目标处理器的良好性能，编译器可能悄悄地插入填充符到结构中，来保证每个成员是对齐的。若定义一个和设备要求的结构体相匹配结构，自动填充符会破坏这个意图。解决这个问题的方法是告诉编译器这个结构必须是"紧凑的", 不能增加填充符。例如下列的定义:

struct{u16 id;u64 lun;u16 reserved1;u32 reserved2;}__attribute__ ((packed)) scsi;/*如果在 64-位平台上编译这个结构，若没有 __attribute__ ((packed)), lun 成员可能在前面被添加 2 个或 6 个填充符字节。指针和错误值*/

你还可以在利用ARM9和USB摄像头进行视频采集的servfox源代码的spcaframe.h头文件中找到这种方法的实际应用：

struct frame_t{char header[5];int nbframe;double seqtimes;int deltatimes;int w;int h;int size;int format;unsigned short bright;unsigned short contrast;unsigned short colors;unsigned short exposure;unsigned char wakeup;int acknowledge;} __attribute__ ((packed)); struct client_t{char message[4];unsigned char x;unsigned char y;unsigned char fps;unsigned char updobright;unsigned char updocontrast;unsigned char updocolors;unsigned char updoexposure;unsigned char updosize;unsigned char sleepon;} __attribute__ ((packed));

指针和错误值

许多内核接口通过将错误值编码到指针值中来返回错误信息。这样的信息必须小心使用，因为它们的返回值不能简单地与 NULL 比较。为帮助创建和使用这类接口, <linux/err.h>提供了这样的函数：

void *ERR_PTR(long error);/*将错误值编码到指针值中，error 是常见的负值错误码*/long IS_ERR(const void *ptr); /*测试返回的指针是不是一个错误码*/long PTR_ERR(const void *ptr); /*抽取实际的错误码，只有在IS_ERR 返回一个真值时使用，否则一个有效指针*/

---

链表

操作系统内核常需要维护数据结构的链表。Linux 内核已经同时有几个链表实现。为减少复制代码的数量, 内核已经创建了一个标准环形双向链表，并鼓励需要操作链表的人使用这个设施.

使用链表接口时，应当记住列表函数没做加锁。若驱动可能同一个列表并发操作，就必须实现一个锁方案。

为使用链表机制，驱动必须包含文件 <linux/list.h> ，它定义了一个简单的list_head 类型 结构:

struct list_head { struct list_head *next, *prev; };

实际代码中使用的链表几乎总是由某个结构类型组成, 每个结构描述链表中的一项. 为使用 Linux 链表，只需嵌入一个 list_head 在构成在这个链表的结构里面。链表头常常是一个独立的 list_head 结构。下图显示了这个简单的 struct list_head 是如何用来维护一个数据结构的列表的.

/*链表头必须在使用前初始化,有两种形式： *//*一是运行时初始化:*/struct list_head todo_list; INIT_LIST_HEAD(&todo_list); /*二是编译时初始化:*/LIST_HEAD(todo_list); list_add(struct list_head *new, struct list_head *head);/*在紧接着链表 head 后面增加新项 。注意：head 不需要是链表名义上的头; 如果你传递一个 list_head 结构, 它在链表某处的中间, 新的项紧靠在它后面。 因为 Linux 链表是环形的, 链表头通常和任何其他的项没有区别*/list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head); /*在给定链表头前面增加新项，即在链表的尾部增加一个新项。*/list_del(struct list_head *entry);list_del_init(struct list_head *entry); /*给定的项从队列中去除。 如果入口项可能注册在另外的链表中, 你应当使用 list_del_init, 它重新初始化这个链表指针.*/list_move(struct list_head *entry, struct list_head *head); list_move_tail(struct list_head *entry, struct list_head *head); /*给定的入口项从它当前的链表里去除并且增加到 head 的开始。为安放入口项在新链表的末尾, 使用 list_move_tail 代替*/list_empty(struct list_head *head); /*如果给定链表是空, 返回一个非零值.*/list_splice(struct list_head *list, struct list_head *head);/*将 list 紧接在 head 之后来连接 2 个链表.*//*list_entry是将一个 list_head 结构指针转换到一个指向包含它的结构体的指针 。看了源码你就会发现，似曾相识。是的，其实在模块的open方法中已经用到了container_of 。list_entry的变体好有很多，看源码就知道了*/#define list_entry(ptr, type, member) /container_of(ptr, type, member)

---

ARM9实验板实验

datasize实验

实验中有用到uname函数，介绍如下（载自《UNIX环境高级编程》，第6章系统数据文件和信息 6.8 系统标识）：

POSIX.1定义了uname函数，它返回与主机和操作系统有关的信息。#include <sys/utsname.h>int uname(struct utsname *n a m e) ;返回：若成功则为非负值，若出错则为-1通过该函数的参数向其传递一个utsname结构的地址，然后该函数填写此结构。POSIX.1只定义了该结构中至少需提供的字段(它们都是字符数组)，而每个数组的长度则由实现确定。某些实现在该结构中提供了另外一些字段。在历史上，系统 V为每个数组分配9个字节，其中有1个字节用于字符串结束符( null字符)。struct utsname {char sysname[9]; /* name of the operating system */char nodename[9]; /* name of this node */char release[9]; /* current release of operating system */char version[9]; /* current version of this release */char machine[9]; /* name of hardware type */} ;utsname结构中的信息通常可用uname(1)命令打印。

实验程序源码链接：datasize

kdatasize模块实验

实验中有用到utsname函数，源码如下：

//<linux/utsname.h>struct new_utsname {char sysname[65];char nodename[65];char release[65];char version[65];char machine[65];char domainname[65];};static inline struct new_utsname *utsname(void){return &current->nsproxy->uts_ns->name;}

实验模块源码链接：kdatasize

kdataalign模块实验

具体试验原理请看源码

实验模块源码链接：kdataalign

实验现象：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /tmp/[Tekkaman2440@SBC2440V4]#./datasizearch Size: char short int long ptr long-long u8 u16 u32 u64armv4tl 1 2 4 4 4 8 1 2 4 8[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod kdatasize.koarch Size: char short int long ptr long-long u8 u16 u32 u64armv4tl 1 2 4 4 4 8 1 2 4 8insmod: cannot insert 'kdatasize.ko': No such device (-1): No such device[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod kdataalign.koarch Align: char short int long ptr long-long u8 u16 u32 u64armv4tl 1 2 4 4 4 4 1 2 4 4insmod: cannot insert 'kdataalign.ko': No such device (-1): No such device

人之相识，贵在相知；人之相知，贵在知心。