Linux那些事兒之我是USB的PDF電子書(shū)免費(fèi)下載

　　也許是在復(fù)旦養(yǎng)成了晝伏夜出的壞習(xí)慣，工作之后也總是很晚也不愿意睡。來(lái)到北京之后，開(kāi)始聽(tīng)廣播聽(tīng)都市之聲的北京不眠夜。這個(gè)節(jié)目是從 23 點(diǎn)直到第二天凌晨一點(diǎn)，我常常是聽(tīng)完了才會(huì)睡覺(jué)。無(wú)論是北京還是上海，對(duì)我來(lái)說(shuō)，生存總是那么困難，生活的壓力總是那么大，每天只有在這個(gè)節(jié)目中才能夠?qū)ふ业揭唤z溫暖。我不喜歡躺在床上聽(tīng)，而是喜歡一邊聽(tīng)一邊做點(diǎn)別的事情，于是心血來(lái)潮的決定，寫(xiě)點(diǎn)文字吧，聽(tīng)著電波里別人分享心情，不妨也用文字來(lái)記錄自己的心情吧。 我首先想到的是寫(xiě)一些和Linux相關(guān)的文字。事實(shí)上我并不喜歡Linux，學(xué)習(xí)Linux完全是一種無(wú)奈，工作中要用，迫于生計(jì)，不得不去學(xué)習(xí)，而學(xué)習(xí) Linux 的過(guò)程中唯一讓我覺(jué)得還有些樂(lè)趣的是當(dāng)遇到問(wèn)題的時(shí)候可以去網(wǎng)上問(wèn)去網(wǎng)上查，很多人寫(xiě)了很多文檔可以讓我們這些菜鳥(niǎo)們參考學(xué)習(xí)，這樣才讓我們?cè)诠ぷ髦凶吡撕芏鄰澛?。挺感謝那些分享自己知識(shí)的人。碰巧最近 3 我也看了點(diǎn)冬冬，并且這些冬冬在網(wǎng)上的資料也比較少，所以我想我不妨也把自己那一夜的收獲寫(xiě)出來(lái)，或許以后也能給別人提供一些幫助，想想也是，整個(gè) Linux 社區(qū)不正是這樣嗎，像陳奕迅唱的那樣，”把一個(gè)人的溫暖轉(zhuǎn)移到另一個(gè)人的胸膛”。 我要寫(xiě)的是 Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序相關(guān)的，主要分析的是 Linux 中與 U 盤(pán)相關(guān)的那部分代碼。 過(guò)去也沒(méi)有看過(guò)，但是今年 4 月底的某一天，一個(gè)偶然的原因，我一時(shí)沖動(dòng)就看了一遍。我們幾個(gè)同學(xué)在人大附近打麻將，打到夜深了，因?yàn)槲覀儙兹巳俗〉奈恢枚茧x得挺遠(yuǎn)的，各自回去都得打車(chē)，于是決定不如去權(quán)金城開(kāi)個(gè)房間，晚上就睡那得了。在權(quán)金城洗浴中心，和幾個(gè)同學(xué)洗浴過(guò)后，有人去按摩了，而我和另一個(gè)人則留在了房間里，無(wú)聊中，那位哥們見(jiàn)我?guī)Я?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電腦，說(shuō)他有部 A 片，很不錯(cuò)，不是很大，所以他存在 U 盤(pán)里的，他還挺逗的說(shuō)這是 2008 年北京奧運(yùn)會(huì)指定 A 片，問(wèn)我有沒(méi)有興趣，這還用問(wèn)，當(dāng)然有興趣了，于是立馬打開(kāi)電腦，插入 u 盤(pán)，然后不一會(huì)我就傻了，因?yàn)槲业碾娔X根本就不能識(shí)別 U 盤(pán)，首先我的電腦比較舊，裝的是雙系統(tǒng)，一個(gè)是 Win 98，這個(gè)沒(méi)辦法，沒(méi)有 U 盤(pán)驅(qū)動(dòng)，另一個(gè)是 Linux，2.6 的內(nèi)核，按理應(yīng)該是支持 U 盤(pán)的， 問(wèn)題是實(shí)際情況卻是我沒(méi)有看到 U 盤(pán)，/dev/目錄下面根本沒(méi)有這么一個(gè)盤(pán)符，于是我沒(méi)辦法了，一臉沮喪，而同學(xué)在旁邊自然表示出了對(duì) Linux 很鄙視的神情。 過(guò)了一會(huì)，他去看電視了，正好有英超，我卻沒(méi)有心情看電視，想想就覺(jué)得奇怪，怎么會(huì)不能使用 U 盤(pán)呢，這不可能啊，一定是我自己對(duì) Linux 下面的一些冬冬沒(méi)有弄清楚，于是我決定好好看看問(wèn)題到底出在哪，記得當(dāng)時(shí)看了一下/var/log/messages 這個(gè)日志文件里邊好像記錄了一些信息，感覺(jué)像是一些錯(cuò)誤信息，但是看不明白它到底在說(shuō)什么。同學(xué)開(kāi)始勸我，算了算了， 改天再看吧，這話我可不愿意聽(tīng)，不是說(shuō) Linux 內(nèi)核源代碼是公開(kāi)的嗎，大不了看看源代碼，搞清楚工作原理了還怕問(wèn)題不能解決？無(wú)非就是一些 C 代碼而已，好歹哥們也是認(rèn)真學(xué)過(guò)譚浩強(qiáng)大哥那本 C 程序設(shè)計(jì)的。而且當(dāng)初那本書(shū)課后習(xí)題老師基本上都讓我們做了，雖說(shuō)是參考了那本習(xí)題解答的書(shū)，可就算寫(xiě)代碼不行，讀代碼還是沒(méi)問(wèn)題吧，語(yǔ)法什么的基本上還是很清楚的，什么判斷結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)，包括 goto 語(yǔ)句，還是記得的。 所以我就開(kāi)始看了，正所謂夢(mèng)想有多遠(yuǎn)，就能走多遠(yuǎn)。以前我只是玩 CS 玩仙劍的時(shí)候能夠整晚整晚不睡，但那個(gè)晚上，為了告訴我同學(xué)，Linux 下也能看 A 片，Linux 下遇到問(wèn)題更適合自己解決，我愣是從一點(diǎn)看到快天亮，終于把 drivers/usb/storage/目錄下面一萬(wàn)余行的代碼給看了一遍。當(dāng)然沒(méi)有看得太仔細(xì)，但是很顯然把整個(gè)原理搞清楚了，問(wèn)題也很快得以解決。 所以此刻，我整理了一下思路，決定把那晚看的冬冬用文字記錄下來(lái)。也算為了紀(jì)念那個(gè)不尋常的夜晚吧。不過(guò)我估計(jì)這個(gè)篇幅不會(huì)短，因?yàn)楣饽且蝗f(wàn)余行的代碼貼出來(lái)就得占許許多多頁(yè)了，所以這件事情也許會(huì)占用我不少時(shí)間，然而，還好，每晚有北京不眠夜的陪伴，而且，也許當(dāng)我把心思投入到寫(xiě)這個(gè)故事的時(shí)候，能夠把那些壓力那些煩惱那種孤獨(dú)那種郁悶以及那種對(duì)生活的絕望給暫時(shí)忘記些許。

　　有一種感動(dòng)，叫淚流滿面，有一種機(jī)制，叫模塊機(jī)制，十月革命一聲炮響，給 Linux 送來(lái)了模塊機(jī)制。 顯然，這種模塊機(jī)制給那些 Linux 的發(fā)燒友們帶來(lái)了方便，因?yàn)槟K機(jī)制意味著人們可以把龐大的 Linux 內(nèi)核劃分為許許多多個(gè)小的模塊，對(duì)于編寫(xiě)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的那幫家伙來(lái)說(shuō)，從此以后他們可以編寫(xiě)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序卻不需要把她編譯進(jìn)內(nèi)核，不用 reboot 機(jī)器，她只是一個(gè)模塊，當(dāng)你需要她的時(shí)候，你可以把她抱入懷中（insmod），當(dāng)你不再需要她的時(shí)候，你可以把她一腳踢開(kāi)，甚至， 你可以對(duì)她咆哮：“滾吧，賤人！”（rmmod）。她不能成為你的手足，只能算你的衣服。 也許在現(xiàn)實(shí)世界里不會(huì)這樣，但是在 Linux 的虛擬世界里，確實(shí)可以是如此，time and time again，我問(wèn)自己，模塊是否就像現(xiàn)實(shí)生活中的妓女一樣呢？Linux 內(nèi)核是嫖客，當(dāng)他需要這個(gè)模塊的時(shí)候，他就把人家攬入懷中，當(dāng)他不需要人家的時(shí)候，就把別人踢開(kāi)，而且，模塊總是能夠逆來(lái)順受，盡管 Linux 內(nèi)核會(huì)一次次拋棄她，但是每當(dāng) Linux 內(nèi)核再次需要她的時(shí)候，當(dāng)內(nèi)核再次執(zhí)行 insmod 的時(shí)候，模塊依然會(huì)盡自己的能力去取悅內(nèi)核，這是否太可悲了些！記得孔子曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，讀懂Linux內(nèi)核代碼不難，難得是讀懂Linux內(nèi)核代碼背后的哲學(xué)！難道這就是傳說(shuō)中的藏在Linux 代碼背后的哲學(xué)！天哪！ 拋開(kāi)這見(jiàn)鬼的哲學(xué)吧。讓我們從一個(gè)偉大的例子去認(rèn)識(shí)模塊。這就是傳說(shuō)中的“Hello World！”，這個(gè)夢(mèng)幻般的名字我們看過(guò)無(wú)數(shù)次了，每一次她出現(xiàn)在眼前，就意味著我們開(kāi)始接觸一種新的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言了，或者，如此刻，開(kāi)始描述一個(gè)新的故事。 請(qǐng)看下面這段代碼，她就是 Linux 下的一個(gè)最簡(jiǎn)單的模塊。當(dāng)你安裝這個(gè)模塊的時(shí)候，她會(huì)用她特有的語(yǔ)言向你表白，“Hello，world！”，千真萬(wàn)確，她沒(méi)有說(shuō)“Honey，I love you！”，雖然，她可以這么說(shuō)，如果你要求她這么說(shuō)。而后來(lái)你卸載了這個(gè)模塊，你無(wú)情拋棄了她，她很傷心，她很絕望，但她沒(méi)有抱怨，她只是淡淡地說(shuō)，“Goodbye，cruel world！”（再見(jiàn)，殘酷的世界?。?/p>

　　其實(shí)，module_init/module_exit 只是一個(gè)宏，通常寫(xiě)模塊的人為了彰顯自己的個(gè)性，會(huì)給自己的初始化函數(shù)和注銷函數(shù)另外起個(gè)名字，比如這里 module_init（usb_stor_init）以及 module_exit（usb_stor_exit）實(shí)際上就是告訴這個(gè)世界，真正的函數(shù)是 usb_stor_init 和 usb_stor_exit.這種伎倆在 Linux 內(nèi)核代碼中屢見(jiàn)不鮮。見(jiàn)多了也就不必大驚小怪了，天要下雨娘要嫁人，隨她去吧。我們下面當(dāng)然就從 usb_stor_init 正式開(kāi)始我們的探索之旅。 外面的世界很精彩看代碼之前，我曾經(jīng)認(rèn)真的思考過(guò)這么一個(gè)問(wèn)題，我需要關(guān)注的僅僅是 drivers/usb/storage/目錄下面那相關(guān)的 3000多行代碼嗎？就是這樣幾個(gè)文件就能讓一個(gè)個(gè)不同的 U盤(pán)在 Linux 下面工作起來(lái)嗎？ 像一開(kāi)始那樣把這個(gè)目錄比作一個(gè)小城的話，也許，城里的月光很漂亮，她能夠把人的夢(mèng)照亮，能夠溫暖人的心房。但我們真的就能廝守在這個(gè)城里，一生一世嗎？ 很不幸，問(wèn)題遠(yuǎn)不是這樣簡(jiǎn)單。外面的世界很精彩，作為 U 盤(pán)，她需要與 usb core 打交道，需要與 scsi core 打交道，需要與內(nèi)存管理單元打交道，還有內(nèi)核中許許多多其它模塊打交道。外面的世界很大，遠(yuǎn)比我們想象的大。 什么是 usb core？她負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)一些核心的功能，為別的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供服務(wù)，比如申請(qǐng)內(nèi)存，比如實(shí)現(xiàn)一些所有的設(shè)備都會(huì)需要的公共的函數(shù)，事實(shí)上，在 usb 的世界里，一個(gè)普通的設(shè)備要正常的工作，除了要有設(shè)備本身以外，還需要有一個(gè)叫做控制器的冬冬，老外把它叫做 host controller， 和這個(gè)控制器相連接在一起的有另一個(gè)咚咚，她叫 root hub，hub 我們應(yīng)該不會(huì)陌生，在大學(xué)里， 有的宿舍里網(wǎng)口有限，但是我們這一代人上大學(xué)基本上是每人一臺(tái)電腦，所以網(wǎng)口不夠，于是有人會(huì)使用 hub，讓多個(gè)人共用一個(gè)網(wǎng)口，這是以太網(wǎng)上的 hub，而 usb 的世界里同樣有 hub，其實(shí)原理是一樣的，任何支持 usb 的電腦不會(huì)說(shuō)只允許你只能一個(gè)時(shí)刻使用一個(gè) usb 設(shè)備，比如你插入了 u 盤(pán)，你同樣還可以插入 usb 鍵盤(pán)，還可以再插一個(gè) usb 鼠標(biāo)，因?yàn)槟銜?huì)發(fā)現(xiàn)你的電腦里并不只是一個(gè) usb 接口。這些口實(shí)際上就是所謂的 hub 口。而現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常是讓一個(gè) usb 控制器和一個(gè) hub 綁定在一起，專業(yè)一點(diǎn)說(shuō)叫集成，而這個(gè) hub 也被稱作 root hub，換言之，和 usb 控制器綁定在一起的hub就是系統(tǒng)中最根本的hub，其它的hub可以連接到她這里，然后可以延伸出去，外接別的設(shè)備，當(dāng)然也可以不用別的 hub，讓 usb 設(shè)備直接接到 root hub 上.hub 干嘛用的我們知道了，那么 usb host controller 本身是干什么用的呢？controller，控制器，顧名思義，用于控制，控制什么，控制所有的 usb 設(shè)備的通信。通常計(jì)算機(jī)的 cpu 并不是直接和 usb 設(shè)備打交道，而是和控制器打交道，他要對(duì)設(shè)備做什么，他會(huì)告訴控制器，而不是直接把指令發(fā)給設(shè)備，然后控制器再去負(fù)責(zé)處理這件事情，他會(huì)去指揮設(shè)備執(zhí)行命令，而 cpu 就不用管剩下的事情，他還是該干嘛干嘛去， 控制器替他去完成剩下的事情，事情辦完了再通知 cpu.否則讓 cpu 去盯著每一個(gè)設(shè)備做每一件事情，那是不現(xiàn)實(shí)的，那就好比讓一個(gè)學(xué)院的院長(zhǎng)去盯著我們每一個(gè)本科生上課，去管理我們的出勤，只能說(shuō)，不現(xiàn)實(shí)。所以我們就被分成了幾個(gè)系，通常院長(zhǎng)有什么指示直接跟各系領(lǐng)導(dǎo)說(shuō)就可以了， 如果他要和三個(gè)系主任說(shuō)事情，他即使不把三個(gè)人都召集起來(lái)開(kāi)個(gè)會(huì)，也可以給三個(gè)人各打一個(gè)電話，打完電話他就忙他自己的事情去了，比如去和他帶的女碩士風(fēng)花雪月。而三個(gè)系主任就會(huì)去安排下面的人去執(zhí)行具體的任務(wù)，完了之后他們就會(huì)像院長(zhǎng)匯報(bào)。 所以，Linux 內(nèi)核開(kāi)發(fā)者們，專門(mén)寫(xiě)了一些代碼，并美其名曰 usb core.時(shí)代總在發(fā)展，當(dāng)年胖楊貴妃照樣迷死唐明皇，而如今人們欣賞的則是林志玲這樣的魔鬼身材。同樣，早期的 Linux 內(nèi)核，其結(jié)構(gòu)并不是如今天這般有層次感，遠(yuǎn)不像今天這般錯(cuò)落有致，那時(shí)候 drivers/usb/這個(gè)目錄下邊放了很多很多文件，usb core 與其他各種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序的代碼都堆砌在這里，后來(lái)，怎奈世間萬(wàn)千的變幻，總愛(ài)把有情的人分兩端。于是在 drivers/usb/目錄下面出來(lái)了一個(gè) core 目錄，就專門(mén)放 11 一些核心的代碼，比如初始化整個(gè) usb 系統(tǒng)，初始化 root hub，初始化 host controller 的代碼， 再后來(lái)甚至把 host controller 相關(guān)的代碼也單獨(dú)建了一個(gè)目錄，叫 host 目錄，這是因?yàn)?usb host controller 隨著時(shí)代的發(fā)展，也開(kāi)始有了好幾種，不再像剛開(kāi)始那樣只有一種，所以呢，設(shè)計(jì)者們把一些 host controller 公共的代碼仍然留在 core 目錄下，而一些各 host controller 單獨(dú)的代碼則移到 host 目錄下面讓負(fù)責(zé)各種 host controller 的人去維護(hù)，常見(jiàn)的 host controller 有三種，分別叫做 EHCI，UHCI，OHCI，所以這樣，出來(lái)了三個(gè)概念，usb core，usb host，usb device，即原本是一家人，卻被活生生的分成了兩岸三地。..的確，現(xiàn)實(shí)總是很無(wú)奈，然而，心若知道靈犀的方向，哪怕不能夠朝夕相伴？沒(méi)錯(cuò)，usb 通信的靈魂就是 usb 協(xié)議。 usb 協(xié)議將是所有 usb 設(shè)備和 usb 主機(jī)所必須遵循的游戲規(guī)則。這種規(guī)則也很自然的體現(xiàn)在了代碼中。于是，我們需要了解的不僅僅是 drivers/usb/storage/目錄下面的冬冬，還得去了解那外面的世界，雖然，只需要了解一點(diǎn)點(diǎn)。