设备文件系统剖析与使用

一、什么是Linux设备文件系统

      首先我们不看定义，定义总是太抽象很难理解，我们先看现象。当我们往开发板上移植了一个新的文件系统之后（假如各种设备驱动也移植好了），启动开发板，我们用串口工具进入开发板，查看系统/dev目录，往往里面没有或者就只有null、console等几个系统必须的设备文件在这儿外，没有任何设备文件了。那我们移植好的各种设备驱动的设备文件怎么没有啊？如果要使用这些设备，那不是要一个一个的去手动的创建这些设备的设备文件节点，这给我们使用设备带来了极为的不便（在之前篇幅中讲的各种设备驱动的移植都是这样）。

      设备文件系统就是给我们解决这一问题的关键，他能够在系统设备初始化时动态的在/dev目录下创建好各种设备的设备文件节点（也就是说，系统启动后/dev目录下就有了各种设备的设备文件，直接就可使用了）。除此之外，他还可以在设备卸载后自动的删除/dev下对应的设备文件节点（这对于一些热插拔设备很有用，插上的时候自动创建，拔掉的时候又自动删除）。还有一个好处就是，在我们编写设备驱动的时候，不必再去为设备指定主设备号，在设备注册时用0来动态的获取可用的主设备号，然后在驱动中来实现创建和销毁设备文件（一般在驱动模块加载和卸载函数中来实现）。

二、设备文件系统的种类

      设备文件系统有：devfs、udev、mdev等。

      mdev是udev的简化版本，是busybox中所带的程序，最适合用在嵌入式系统，而udev一般都用在PC上的Linux中，相对mdev来说要复杂些；devfs是2.4内核引入的，而在2.6内核中却被udev所替代，他们有着共同的优点，只是devfs中存在着一些未修复的bug，作者也停止了对他的维护，最显著的一个区别是：采用devfs时，当一个并不存在的设备节点被打开时，他却还能自动加载对应的驱动，而udev则不能，udev认为当打开并不存在的设备节点时不应该加载对应的驱动模块，因为加载了也没用，浪费系统资源。

三、udev或者mdev设备文件系统的使用

  

1. 首先让大家明白一个问题就是，不管是udev还是mdev，他们就是一个应用程序，就跟其他应用程序一样（比如：Boa服务），配置了就可以使用了。为了方便起见，我们就使用busybox自带的一个mdev，这样在配置编译busybox时，只要将mdev的支持选项选上，编译后就包含了mdev设备文件系统的应用（当然你也可以不使用busybox自带的，去下载udev的源码进行编译移植）

#cd busybox-1.13.0/
#make menuconfig

Linux System Utilities --->
    [*] mdev
    [*]   Support /etc/mdev.conf
    [*]     Support subdirs/symlinks
    [*]       Support regular expressions substitutions when renaming device
    [*]     Support command execution at device addition/removal

 

2. udev或者mdev需要内核sysfs和tmpfs虚拟文件系统的支持，sysfs为udev提供设备入口和uevent通道，tmpfs为udev设备文件提供存放空间。所以在/etc/fstab配置文件中添加如下内容（红色部分）：

# device  mount-point     type      options    dump    fsck order
#----------------------------------------------------------------
procfs    /proc           proc      defaults    0      0
sysfs     /sys            sysfs     defaults    0      0
tmpfs     /dev/shm        tmpfs     defaults    0      0
usbfs     /proc/bus/usb   usbfs     defaults    0      0
ramfs     /dev            ramfs     defaults    0      0
none      /dev/pts        devpts    mode=0622   0      0

 

 

3. 在系统初始化配置文件/etc/init.d/rcS中挂载mdev要用到的sysfs文件系统和tmpfs文件系统，然后启动/sbin目录下的mdev应用对系统的设备进行搜索（红色部分）。

# Mount virtual filesystem
/bin/mount -t     proc     procfs    /proc
/bin/mount -n -t  sysfs    sysfs     /sys
/bin/mount -n -t  usbfs    usbfs     /proc/bus/usb
/bin/mount -t     ramfs    ramfs     /dev

# Make dir
/bin/mkdir -p /dev/pts
/bin/mkdir -p /dev/shm
/bin/mkdir -p /var/log
/bin/mount -n -t devpts none     /dev/pts -o mode=0622
/bin/mount -n -t tmpfs tmpfs     /dev/shm

# Make device node
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev -s

4. 在设备驱动程序中加上对类设备接口的支持，即在驱动程序加载和卸载函数中实现设备文件的创建与销毁，例如在之前篇幅的按键驱动中添加（红色部分）：

#include   //设备类用到的头文件

static int device_major = DEVICE_MAJOR;  //用于保存系统动态生成的主设备号

static struct class *button_class;  //定义一个类

static int __init button_init(void)
{
    //注册字符设备，这里定义DEVICE_MAJOR=0，让系统去分配，注册成功后将返回动态分配的主设备号
    device_major = register_chrdev(DEVICE_MAJOR, DEVICE_NAME, &buttons_fops);

    if(device_major < 0)
    {
        printk(DEVICE_NAME " register faild!\n");
        return device_major;
    }

    //注册一个设备类，使mdev可以在/dev/目录下建立设备节点
    button_class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME);

    if(IS_ERR(button_class))
    {
        printk(DEVICE_NAME " create class faild!\n");
        return -1;
    }

    //创建一个设备节点，取名为DEVICE_NAME(即my2440_buttons)

    //注意2.6内核较早版本的函数名是class_device_create，现该为device_create
    device_create(button_class, NULL, MKDEV(device_major, 0), NULL, DEVICE_NAME);

    return 0;
}

static void __exit button_exit(void)
{
    //注销字符设备
    unregister_chrdev(device_major, DEVICE_NAME);

    //删除设备节点，注意2.6内核较早版本的函数名是class_device_destroy，现该为device_destroy
    device_destroy(button_class, MKDEV(device_major, 0));

    //注销类
    class_destroy(button_class);
}

4. 至于mdev的配置文件/etc/mdev.conf，这个可有可无，只是设定设备文件的一些规则。我这里就不管他了，让他为空好了。

 

5. 完成以上步骤后，重新编译文件系统，下载到开发板上，启动开发板后进入开发板的/dev目录查看，就会有很多系统设备节点在这里产生了，我们就可以直接使用这些设备节点了。