内核中每个字符设备都对应一个 cdev 结构的变量，下面是它的定义：
linux-2.6.28/include/linux/cdev.h
struct cdev {
struct kobject kobj; // 每个 cdev 都是一个 kobject
struct module *owner; // 指向实现驱动的模块
const struct file_operations *ops; // 操纵这个字符设备文件的方法
struct list_head list; // 与 cdev 对应的字符设备文件的 inode->i_devices 的链表
头
dev_t dev; // 起始设备编号
unsigned int count; // 设备范围号大小
};
一个 cdev 一般它有两种定义初始化方式：静态的和动态的。
静态内存定义初始化：
struct cdev my_cdev;
cdev_init(&my_cdev, &fops);
my_cdev.owner = THIS_MODULE;
动态内存定义初始化：
struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();
my_cdev->ops = &fops;
my_cdev->owner = THIS_MODULE;
两种使用方式的功能是一样的，只是使用的内存区不一样，一般视实际的数据结构需求而定。
下面贴出了两个函数的代码，以具体看一下它们之间的差异。
struct cdev *cdev_alloc(void)
{
struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
if (p) {
INIT_LIST_HEAD(&p->list);
kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);
}
return p;
}
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
{
memset(cdev, 0, sizeof *cdev);
INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
cdev->ops = fops;
}
由此可见，两个函数完成都功能基本一致，只是 cdev_init() 还多赋了一个 cdev->ops 的值。
初始化 cdev 后，需要把它添加到系统中去。为此可以调用 cdev_add() 函数。传入 cdev 结构的
指针，起始设备编号，以及设备编号范围。
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
{
p->dev = dev;
p->count = count;
return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);
}
关于 kobj_map() 函数就不展开了，我只是大致讲一下它的原理。内核中所有都字符设备都会记录
在一个 kobj_map 结构的 cdev_map 变量中。这个结构的变量中包含一个散列表用来快速存取所有
的对象。kobj_map() 函数就是用来把字符设备编号和 cdev 结构变量一起保存到 cdev_map 这个散
列表里。当后续要打开一个字符设备文件时，通过调用 kobj_lookup() 函数，根据设备编号就可以
找到 cdev 结构变量，从而取出其中的 ops 字段。
当一个字符设备驱动不再需要的时候（比如模块卸载），就可以用 cdev_del() 函数来释放 cdev
占用的内存。
void cdev_del(struct cdev *p)
{
cdev_unmap(p->dev, p->count);
kobject_put(&p->kobj);
}
其中 cdev_unmap() 调用 kobj_unmap() 来释放 cdev_map 散列表中的对象。kobject_put() 释放
cdev 结构本身。
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内核中所有已分配的字符设备编号都记录在一个名为 chrdevs 散列表里。该散列表中的每一个元素
是一个 char_device_struct 结构，它的定义如下：
static struct char_device_struct {
struct char_device_struct *next; // 指向散列冲突链表中的下一个元素的指针
unsigned int major; // 主设备号
unsigned int baseminor; // 起始次设备号
int minorct; // 设备编号的范围大小
char name[64]; // 处理该设备编号范围内的设备驱动的名称
struct file_operations *fops; // 没有使用
struct cdev *cdev; // 指向字符设备驱动程序描述符的指针
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];
注意，内核并不是为每一个字符设备编号定义一个 char_device_struct 结构，而是为一组对应同
一个字符设备驱动的设备编号范围定义一个 char_device_struct 结构。chrdevs 散列表的大小是
255，散列算法是把每组字符设备编号范围的主设备号以 255 取模插入相应的散列桶中。同一个散
列桶中的字符设备编号范围是按起始次设备号递增排序的。
注册
内核提供了三个函数来注册一组字符设备编号，这三个函数分别是 register_chrdev_region()、
alloc_chrdev_region() 和 register_chrdev()。这三个函数都会调用一个共用的
__register_chrdev_region() 函数来注册一组设备编号范围（即一个 char_device_struct 结构）
。
register_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count,char *name)
First :要分配的设备编号范围的初始值(次设备号常设为0);
Count:连续编号范围.
Name:编号相关联的设备名称. (/proc/devices);
动态分配:
Int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned int firstminor,unsigned int count,char
*name);
Firstminor : 通常为0;
*dev:存放返回的设备号;
释放:
Void unregist_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count);
调用Documentation/devices.txt中能够找到已分配的设备号．
所以下面先来看一下 __register_chrdev_region() 函数的实现代码。
static struct char_device_struct * __register_chrdev_region(unsigned int major,
unsigned int baseminor, int minorct, const char *name)
{
struct char_device_struct *cd, **cp;
int ret = 0;
int i;
cd = kzalloc(sizeof(struct char_device_struct), GFP_KERNEL);
if (cd == NULL)
return ERR_PTR(-ENOMEM);
mutex_lock(&chrdevs_lock);
if (major == 0) {
for (i = ARRAY_SIZE(chrdevs)-1; i > 0; i--)
if (chrdevs[i] == NULL)
break;
if (i == 0) {
ret = -EBUSY;
goto out;
}
major = i;
ret = major;
}
cd->major = major;
cd->baseminor = baseminor;
cd->minorct = minorct;
strncpy(cd->name,name, 64);
i = major_to_index(major);
for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
if ((*cp)->major > major ||
((*cp)->major == major && ( ((*cp)->baseminor >= baseminor) || ((*cp)-
>baseminor + (*cp)->minorct > baseminor)) ))
break;
/* Check for overlapping minor ranges. */
if (*cp && (*cp)->major == major) {
int old_min = (*cp)->baseminor;
int old_max = (*cp)->baseminor + (*cp)->minorct - 1;
int new_min = baseminor;
int new_max = baseminor + minorct - 1;
/* New driver overlaps from the left. */
if (new_max >= old_min && new_max <= old_max) {
ret = -EBUSY;
goto out;
}
/* New driver overlaps from the right. */
if (new_min <= old_max && new_min >= old_min) {
ret = -EBUSY;
goto out;
}
}
cd->next = *cp;
*cp = cd;
mutex_unlock(&chrdevs_lock);
return cd;
out:
mutex_unlock(&chrdevs_lock);
kfree(cd);
return ERR_PTR(ret);
}
函数 __register_chrdev_region() 主要执行以下步骤：
1. 分配一个新的 char_device_struct 结构，并用 0 填充。
2. 如果申请的设备编号范围的主设备号为 0，那么表示设备驱动程序请求动态分配一个主设备号。
动态分配主设备号的原则是从散列表的最后一个桶向前寻找，那个桶是空的，主设备号就是相应散
列桶的序号。所以动态分配的主设备号总是小于 256，如果每个桶都有字符设备编号了，那动态分
配就会失败。
3. 根据参数设置 char_device_struct 结构中的初始设备号，范围大小及设备驱动名称。
4. 计算出主设备号所对应的散列桶，为新的 char_device_struct 结构寻找正确的位置。同时，如
果设备编号范围有重复的话，则出错返回。
5. 将新的 char_device_struct 结构插入散列表中，并返回 char_device_struct 结构的地址。
分析完 __register_chrdev_region() 后，我们来一个个看那三个注册函数。首先是
register_chrdev_region()。
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
{
struct char_device_struct *cd;
dev_t to = from + count;
dev_t n, next;
for (n = from; n < to; n = next) {
next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
if (next > to)
next = to;
cd = __register_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n), next - n, name);
if (IS_ERR(cd))
goto fail;
}
return 0;
fail:
to = n;
for (n = from; n < to; n = next) {
next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
kfree(__unregister_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n), next - n));
}
return PTR_ERR(cd);
}
register_chrdev_region() 函数用于分配指定的设备编号范围。如果申请的设备编号范围跨越了主
设备号，它会把分配范围内的编号按主设备号分割成较小的子范围，并在每个子范围上调用
__register_chrdev_region() 。如果其中有一次分配失败的话，那会把之前成功分配的都全部退回
。
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char
*name)
{
struct char_device_struct *cd;
cd = __register_chrdev_region(0, baseminor, count, name);
if (IS_ERR(cd))
return PTR_ERR(cd);
*dev = MKDEV(cd->major, cd->baseminor);
return 0;
}
alloc_chrdev_region() 函数用于动态申请设备编号范围，这个函数好像并没有检查范围过大的情
况，不过动态分配总是找个空的散列桶，所以问题也不大。通过指针参数返回实际获得的起始设备
编号。
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations
*fops)
{
struct char_device_struct *cd;
struct cdev *cdev;
char *s;
int err = -ENOMEM;
cd = __register_chrdev_region(major, 0, 256, name);
if (IS_ERR(cd))
return PTR_ERR(cd);
cdev = cdev_alloc();
if (!cdev)
goto out2;
cdev->owner = fops->owner;
cdev->ops = fops;
kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);
for (s = strchr(kobject_name(&cdev->kobj),'/'); s; s = strchr(s, '/'))
*s = '!';
err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, 0), 256);
if (err)
goto out;
cd->cdev = cdev;
return major ? 0 : cd->major;
out:
kobject_put(&cdev->kobj);
out2:
kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, 0, 256));
return err;
}
最后一个 register_chrdev() 是一个老式分配设备编号范围的函数。它分配一个单独主设备号和 0
~ 255 的次设备号范围。如果申请的主设备号为 0 则动态分配一个。该函数还需传入一个
file_operations 结构的指针，函数内部自动分配了一个新的 cdev 结构。关于这些，在后续讲字
符设备驱动的注册时会说明。
注销
和注册分配字符设备编号范围类似，内核提供了两个注销字符设备编号范围的函数，分别是
unregister_chrdev_region() 和 unregister_chrdev() 。它们都调用了
__unregister_chrdev_region() 函数。由于比较简单，就不加说明了，只把代码贴出来。
static struct char_device_struct * __unregister_chrdev_region(unsigned major, unsigned
baseminor, int minorct)
{
struct char_device_struct *cd = NULL, **cp;
int i = major_to_index(major);
mutex_lock(&chrdevs_lock);
for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
if ((*cp)->major == major &&
(*cp)->baseminor == baseminor &&
(*cp)->minorct == minorct)
break;
if (*cp) {
cd = *cp;
*cp = cd->next;
}
mutex_unlock(&chrdevs_lock);
return cd;
}
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
{
dev_t to = from + count;
dev_t n, next;
for (n = from; n < to; n = next) {
next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
if (next > to)
next = to;
kfree(__unregister_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n), next - n));
}
}
void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)
{
struct char_device_struct *cd;
cd = __unregister_chrdev_region(major, 0, 256);
if (cd && cd->cdev)
cdev_del(cd->cdev);
kfree(cd);
}