二十五、设备驱动程序（Linux设备驱动、GPU和COUA；存储设备抽象）

一、IO设备抽象

1、主要功能：输入和输出

操作系统：设备=支持各类操作的对象（文件）

1、read：从指定位置读取数据

2、write：从指定位置写入设备

3、ioctl：读取/设置设备状态

二、设备驱动程序

1、一些普通内核程序

2、例子：

（1）/dev/pts/[x]      //终端

（2）/dev/zero        //零设备（读零）

（3）/dev/null         //“null”设备（接收写）

（4）/dev/random，/dev/urandom        //随机数生成器

三、Linux设备驱动

1、内核模块：一段可以被内核动态加载执行的代码

（1）设备就实现了struct file_operations对象

（2）在内核中初始化、注册设备

struct file_operations {
  struct module *owner;
  loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
  ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
  ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
  int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
  unsigned long mmap_supported_flags;
  int (*open) (struct inode *, struct file *);
  int (*release) (struct inode *, struct file *);
  int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
  int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
  int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
  ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
  long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
  long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
  int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
  ...

四、GPU的驱动

Single Instruction, Multiple Thread

共用PC指针的并行运算的运算单元

五、存储设备的抽象

1、以数据块 (block) 为单位访问

（1）传输有 “最小单元”，不支持任意随机访问

（2）最佳的传输模式与设备相关 (HDD v.s. SSD)

2、大吞吐量

（1）使用 DMA 传送数据

3、应用程序不直接访问

（1）访问者通常是文件系统 (维护磁盘上的数据结构)

（2）大量并发的访问 (操作系统中的进程都要访问文件系统)