基于Linux的設備號的構(gòu)成、分配、釋放的詳細解析

設備分為三大類：字符設備，塊設備和網(wǎng)絡設備。內(nèi)核針對每一類設備都提供了對應驅(qū)動模型架構(gòu)，包括基本的內(nèi)核設施和文件系統(tǒng)接口。

字符設備：在傳送過程中以字符為單位，一個字Linux中設備驅(qū)動的分類

從上圖可以看到Linux系統(tǒng)將各異的設備分為三大類：字符設備，塊設備和網(wǎng)絡設備。內(nèi)核針對每一類設備都提供了對應驅(qū)動模型架構(gòu)，包括基本的內(nèi)核設施和文件系統(tǒng)接口。

字符設備：在傳送過程中以字符為單位，一個字節(jié)一個字節(jié)的讀寫，不能隨機的讀寫數(shù)據(jù)，因為這類設備讀寫速度比較緩慢（因而其內(nèi)核設施中不提供緩存機制），常見的字符設備有鍵盤，鼠標已打印機設備等。

塊設備：是指可以從任意位置讀取數(shù)據(jù)的設備，對這種設備讀寫是按塊為單位讀寫的。它使用緩存區(qū)來暫存數(shù)據(jù)，等待條件成熟后，會一并將數(shù)據(jù)寫入到設備或者從設備一次性讀出到緩沖區(qū)。比較U盤，磁盤，SD卡等。

網(wǎng)絡設備：網(wǎng)絡設備不同于字符設備和塊設備，它是面向報文的。同時在/dev目錄下沒有設備節(jié)點這樣一說，在應用層是用戶是通過API的socket函數(shù)來使用網(wǎng)絡設備的。比如網(wǎng)卡等。

設備號的構(gòu)成

● 主設備號與次設備號

關于設備號，我們先通過如下的圖來了解一下

從上圖可以看出，c代表的是字符設備，d代碼的是塊設備。

對于紅色區(qū)域來說，1是主設備號，11是次設備號。

對于綠色區(qū)域來說，7是主設備號，0-7代表是次設備號。

主設備號用來標識對于的設備驅(qū)動程序，而次設備號則由驅(qū)動程序使用，用來標識它所管理的若干同類設備。

●設備號的表示

在linux系統(tǒng)中，設備號用dev_t表示。這是個32位的無符號整數(shù)。

在內(nèi)核中，dev_t的低20位用來表示次設備號，高12位用來表示主設備號。隨著Linux系統(tǒng)的演變，上述的主次設備號的分發(fā)可能在將來會發(fā)生變化，所以設備驅(qū)動程序開發(fā)者應該避免直接使用主次設備號所占的位寬來獲得對于的主設備號或次設備號。為了保證以后主次設備號所占的位數(shù)發(fā)生變化之后，驅(qū)動程序依然可以正常工作，內(nèi)核提供了如下了幾個宏來操作設備號。

其中MAJOR宏用來從一個dev_t類型的設備號中提取出主設備號，MINOR宏從來從一個dev_t類型的設備號中提取出此設備號。MKDEV則是將主設備號ma和次設備號mi合成一個dev_t類型的設備號。

假設在內(nèi)核版本之后對主次設備號所占的位數(shù)發(fā)生了變化，MINORBITS修改為18位，只要驅(qū)動是使用MAJOR和MINOR宏來操作設備號，就不需要修改驅(qū)動代碼也可以在新內(nèi)核中使用。

設備號的分配

在內(nèi)核源碼中，設備號的分配主要有兩個函數(shù)：

●靜態(tài)分配設備號

該函數(shù)是用來在知道主設備號的前提下使用，第一個參數(shù)form表示一個設備號，第二個參數(shù)count表示次設備的個數(shù)，也就是當前驅(qū)動程序所管理的同類設備的個數(shù)，第三個參數(shù)name表示設備或者驅(qū)動的名稱。成功返回0，失敗返回負數(shù)。

比如內(nèi)核代碼中使用register_chrdev_region申請設備號示例：

以上代碼申請了主設備號為13，總共存在1024個次設備，設備的名字為input。

●動態(tài)分配設備號

該函數(shù)有系統(tǒng)動態(tài)的分配設備號，是在主設備號不知情的情況下，讓系統(tǒng)給分配設備號。第一個參數(shù)dev表示是輸出參數(shù)，也就是設備號，第二個參數(shù)baseminor表示第一個次設備號編號，第三個參數(shù)count表示次設備號的個數(shù)，第四個參數(shù)name也就是設備或者驅(qū)動的名稱。

內(nèi)核中使用alloc_chrdev_region的示例：

上述示例代碼是通過alloc_chrdev_region函數(shù)申請設備號，設備的個數(shù)為16個，設備的名稱為rtc設備。

設備號釋放

在驅(qū)動程序不使用的時候需要釋放設備號，因為設備號也是系統(tǒng)的資源，不用的使用需要及時釋放資源。已供其他設備使用。

使用該函數(shù)可以使用申請的設備號，第一個參數(shù)from表示要釋放的設備號，第二個參數(shù)count表示要釋放的個數(shù)。

內(nèi)核使用unregister_chrdev_region的示例：

從上面代碼可知，如果調(diào)用unregister_chrdev_region就會從系統(tǒng)中釋放主設備號13的設備。