解析：Linux内核中的fops是什么？ (linux内核中fops)
在Linux操作系统的内核中，fops是指文件操作的函数。这个函数是用来处理Linux内核中进程与文件系统之间的数据传输的。文件操作相关的常见操作包括打开、读取、写入、关闭等，而fops函数集里存储了用于执行这些操作的函数。在本文中，我们将深入探讨Linux内核中fops的作用、结构和实现方式。
一、fops的作用
在Linux内核中，fops主要用于在进程和文件系统之间传递数据。在Linux中，一切都是文件的概念，因此每个进程可以通过文件系统进行文件的读取、写入和操作。然而，在系统内核下，进程与文件系统之间的数据传输只能通过系统调用来实现。因此，系统调用需要传入参数，然后在内核中由fops来执行相关的操作。
具体地说，fops函数中包含了打开、关闭、读取等一系列函数。当进程需要访问一个文件时，通过系统调用将需要执行的操作传入内核。内核会根据传入的操作类型调用相关的fops函数，并根据返回结果将结果返回给进程。
二、fops的结构
Linux内核中的fops函数是由一个结构体来管理的，该结构体被称为struct file_operations。在该结构体中，包含了能够处理文件操作的多个成员函数。具体来说，该结构体包含以下成员：
1. owner：函数集所属的模块。
2. open：打开文件的函数。
3. release：关闭文件的函数。
4. read：读文件的函数。
5. write：写文件的函数。
6. seek：改变文件位置指针的函数。
7. ioct：设备控制函数。
8. poll：成员函数将根据情况来检查文件描述符是否可读或可写。
9. mmap：文件映射成内存的函数。
10. fault：由内核调用， 当使用mmap()函数时出现异常将返回错误信息。
11. flush：将与该文件相关的所有数据从内存中刷出
12. lock：文件锁定，其他进程无法打开
13. unlock：移除文件锁定，其他进程重新有权打开该文件
通过上述的成员函数，fops结构体能够实现对文件进行操作的全部基本功能。文件操作前，需要调用打开函数；文件操作后，需要调用关闭函数，以保证进程和操作系统对文件的正常退出。
三、fops的实现方式
为了完善fops函数，在Linux系统中，文件系统可以通过调用register_chrdev()函数注册自己的fops函数，这将启动与当前所用硬件设备相关联的驱动程序。驱动程序实现中，通常需要将设备文件与驱动程序的设备结构体（device structure）相联系。这样，在通过设备文件访问设备时，Linux内核就可以自动地把访问命令转换成相应的设备操作。
随着文件操作的不断发展，Linux内核中的fops函数逐渐完善。fops函数的实现方式不仅可以提高文件操作的效率，还可以增强Linux操作系统的稳定性和可扩展性，为Linux系统的发展注入新的创新思路。
在日常使用中，Linux的fops函数虽然不需要用户进行显式的调用，但是对于像开发和调试这样的应用场景，深入理解fops的内部实现方式可以帮助程序员更好地理解和解决软硬件问题，提高工作效率和产出质量。
Linux内核中的fops是非常重要的组成部分之一，它不仅是Linux操作系统的核心功能之一，也是不同文件系统的驱动程序所需的基本元素。让我们一起深入了解Linux内核中的fops，从而更好地利用这一强大的工具提高我们对于Linux系统的开发和使用水平。
相关问题拓展阅读：
Linux Kernel 2.4 和 2.6 的区别
编译错误给
1、 使用新的入口
必须包含
module_init(your_init_func);
module_exit(your_exit_func);
老版本：int init_module(void);
void cleanup_module(voi);
2.4中两种都可以用伍余，对如后面的入口函数不必要显示包含任何头文件。
2、 GPL
MODULE_LICENSE(“Dual BSD/GPL”);
老版本：MODULE_LICENSE(“GPL”);
3、 模块参数
必须显式包含
module_param(name, type, perm);
module_param_named(name, value, type, perm);
参数定义
module_param_string(name, string, len, perm);
module_param_array(name, type, num, perm);
老版本：MODULE_PARM(variable,type);
MODULE_PARM_DESC(variable,type);
4、 模块别名
MODULE_ALIAS(“alias-name”);
这是新增的，在老版本中需在/etc/modules.conf配置，现在在代码中就可以实运衫现。
5、 模块计数
int try_module_get(&module);
module_put();
老版本：MOD_INC_USE_COUNT 和 MOD_DEC_USE_COUNT
6、 符号导出
只有显示的导腔悄滚出符号才能被其他 模块使用，默认不导出所有的符号，不必使用EXPORT_NO
_SYMBOLS
老板本：默认导出所有的符号，除非使用EXPORT_NO_SYMBOLS
7、 内核版本检查
需要在多个文件中包含时，不必定义__NO_VERSION__
老版本：在多个文件中包含时，除在主文件外的其他文件中必须定义_
_NO_VERSION__，防止版本重复定义。
8、 设备号
kdev_t被废除不可用，新的dev_t拓展到了32位，12位主设备号，20位次设备号。
unsigned int iminor(struct inode *inode);
unsigned int imajor(struct inode *inode);
老版本：8位主设备号，8位次设备号
int MAJOR(kdev_t dev);
int MINOR(kdev_t dev);
9、 内存分配头文件变更
所有的内存分配函数包含在头文件，而原来的不存在
老版本：内存分配函数包含在头文件
10、 结构体的初试化
gcc开始采用ANSI C的struct结构体的初始化形式：
static struct some_structure = {
.field1 = value,
.field2 = value,
..
};
老版本：非标准的初试化形式
static struct some_structure = {
field1: value,
field2: value,
..
};
11、 用户模式帮助器
int call_usermodehelper(char *path, char **argv, char **envp,
int wait);
新增wait参数
12、 request_module()
request_module(“foo-device-%d”, number);
老版本：
char module_name;
printf(module_name, “foo-device-%d”, number);
request_module(module_name);
13、 dev_t引发的字符设备的变化
1、取主次设备号为
unsigned iminor(struct inode *inode);
unsigned imajor(struct inode *inode);
2、老的register_chrdev()用法没变，保持向后兼容，但不能访问设备号大于256的设备
。
3、新的接口为
a)注册字符设备范围
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, char *name);
b)动态申请主设备号
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, char
*name);
看了这两个函数郁闷吧^_^！怎么和file_operations结构联系起来啊？别急！
c)包含 ，利用struct cdev和file_operations连接
struct cdev *cdev_alloc(void);
void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);
int cdev_add(struct cdev *cdev, dev_t dev, unsigned count);
（分别为，申请cdev结构，和fops连接，将设备加入到系统中！好复杂啊！）
d)void cdev_del(struct cdev *cdev);
只有在cdev_add执行成功才可运行。
e)辅助函数
kobject_put(&cdev->kobj);
struct kobject *cdev_get(struct cdev *cdev);
void cdev_put(struct cdev *cdev);
这一部分变化和新增的/sys/dev有一定的关联。
14、 新增对/proc的访问操作
以前的/proc中只能得到string, seq_file操作能得到如long等多种数据。
相关函数：
static struct seq_operations 必须实现这个类似file_operations得数据中得各个成
员函数。
seq_printf()；
int seq_putc(struct seq_file *m, char c);
int seq_puts(struct seq_file *m, const char *s);
int seq_escape(struct seq_file *m, const char *s, const char *esc);
int seq_path(struct seq_file *m, struct vfount *mnt,
struct dentry *dentry, char *esc);
seq_open(file, &ct_seq_ops);
等等
15、 底层内存分配
1、头文件改为
2、分配标志GFP_BUFFER被取消，取而代之的是GFP_NOIO 和 GFP_NOFS
3、新增__GFP_REPEAT，__GFP_NOFAIL，__GFP_NORETRY分配标志
4、页面分配函数alloc_pages()，get_free_page()被包含在中
5、对NUMA系统新增了几个函数：
a) struct page *alloc_pages_node(int node_id,
unsigned int gfp_mask,
unsigned int order);
b) void free_hot_page(struct page *page);
c) void free_cold_page(struct page *page);
6、 新增Memory pools
mempool_t *mempool_create(int min_nr,
mempool_alloc_t *alloc_fn,
mempool_free_t *free_fn,
void *pool_data);
void *mempool_alloc(mempool_t *pool, int gfp_mask);
void mempool_free(void *element, mempool_t *pool);
int mempool_resize(mempool_t *pool, int new_min_nr, int gfp_mask);
16、 per-CPU变量
get_cpu_var();
put_cpu_var();
void *alloc_percpu(type);
void free_percpu(const void *);
per_cpu_ptr(void *ptr, int cpu)
get_cpu_ptr(ptr)
put_cpu_ptr(ptr)
老版本使用
DEFINE_PER_CPU(type, name);
EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(name);
EXPORT_PER_CPU_SYMBOL_GPL(name);
DECLARE_PER_CPU(type, name);
DEFINE_PER_CPU(int, mypcint);
2.6内核采用了可剥夺得调度方式这些宏都不安全。
17、 内核时间变化
1、现在的各个平台的HZ为
Alpha: 1024/1200; ARM : 100/128/200/1000; CRIS: 100; i386: 1000; IA-64:
1024; M68K: 100; M68K-nommu:; MIPS: 100/128/1000; MIPS64: 100;
PA-RISC: 100/1000; PowerPC32: 100; PowerPC64: 1000; S/390: 100; SPARC32:
100; SPARC64: 100; SuperH: 100/1000; UML: 100; v850:; x86-64: 1000.
2、由于HZ的变化，原来的jiffies计数器很快就溢出了，引入了新的计数器jiffies_64
3、#include
u64 my_time = get_jiffies_64();
4、新的时间结构增加了纳秒成员变量
struct timespec current_kernel_time(void);
5、他的timer函数没变，新增
void add_timer_on(struct timer_list *timer, int cpu);
6、新增纳秒级延时函数
ndelay()；
7、POSIX clocks 参考kernel/posix-timers.c
18、 工作队列（workqueue）
1、任务队列（task queue ）接口函数都被取消，新增了workqueue接口函数
struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name);
DECLARE_WORK(name, void (*function)(void *), void *data);
INIT_WORK(struct work_struct *work,
void (*function)(void *), void *data);
PREPARE_WORK(struct work_struct *work,
void (*function)(void *), void *data);
2、申明struct work_struct结构
int queue_work(struct workqueue_struct *queue,
struct work_struct *work);
int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *queue,
struct work_struct *work,
unsigned long delay);
int cancel_delayed_work(struct work_struct *work);
void flush_workqueue(struct workqueue_struct *queue);
void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *queue);
int schedule_work(struct work_struct *work);
int schedule_delayed_work(struct work_struct *work, unsigned long
delay);
19、 新增创建VFS的”libfs”
libfs给创建一个新的文件系统提供了大量的API.
主要是对struct file_system_type的实现。
参考源代码：
drivers/hotplug/pci_hotplug_core.c
drivers/u/core/inode.c
drivers/oprofile/oprofilefs.c
fs/ramfs/inode.c
fs/nfsd/nfsctl.c (simple_fill_super() example)
这个问题挺大的。2.6 时代跨度非常大，从2.6.0 (2023年12月发布) 到 2.6.39(2023年5月发布), 跨越了 40 个大版本。3.0(原计划的 2.6.40, 2023年7月发布庆亮) 到 3.19（2023年2月发布）。4.0（2023年4月发布）到4.2（2023年8月底发布）。总的来说，从进入2.6之后，每个大版本跨度开发时间大概是个月。2.6.x , 3.x, 4.x，数字的递进并没有非常根本性，非常非常非常引人注目的大变化，但每个大版本中都有一些或大或小的功能改变。主版本号只是一个数字而已。不过要直接从 2.4.x 升级，随着时间间隔增大，出问题的机率当然大很多。个人觉得 Linux 真正走入严肃级别的高稳定性，高可用性，高可伸缩性的工业级别内核大概是在 2023 年后吧。一是随着互联网的更迅速普及，更多的人使用、参与开发。二也是社区经过11年发展，已经核销慢慢摸索出一套很稳定的协同开发模式，一个重要的特点是 社区开始使用版本管改差游理工具进入管理，脱离了之前纯粹手工（或一些辅助的简陋工具）处理代码邮件的方式，大大加快了开发的速度和力度。
改进或增加功能
抢占支持(preemption)
普通进程调度器(SCHED_OTHER)之纠极进化史
有空时再跑 SCHED_IDLE
普通进程的组调度支持(Fair Group Scheng)
实时进程的组调度支持(RT Group Scheng)
组调度带宽控制(CFS bandwidth control)
极大提高体验的自动组调度(Auto Group Scheng)
基于调度域的负载均衡
更精确的调度时钟(HRTICK)
自动 NUMA 均衡(Automatic NUMA balancing)
CPU 调度与节能
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