一.准备
1.MKDEV(ma,mi)
#define MKDEV(ma,mi) ((ma)<<8 | (mi))
所以MKDEV(5, 0)，最后得到的值为【5*(2的8次幂)+0】，等于1280。
2.dev_t
typedef __u32 __kernel_dev_t;
typedef __kernel_dev_t dev_t;
3.MAJOR 和 MINOR
#define MAJOR(dev) ((dev)>>8)
#define MINOR(dev) ((dev) & 0xff)
4.major_to_index
static inline int major_to_index(int major)
{
return major % MAX_PROBE_HASH;//MAX_PROBE_HASH=256
}
5.ERR_PTR，通过指针的方式传递错误码
linux/err.h
/*
* Kernel pointers have redundant information, so we can use a
* scheme where we can return either an error code or a dentry
* pointer with the same return value.
*
* This should be a per-architecture thing, to allow different
* error and pointer decisions.
*/
static inline void *ERR_PTR(long error)
{
return (void *) error;
}
6.IS_ERR 判断错误码
static inline long IS_ERR(const void *ptr)
{
return unlikely((unsigned long)ptr > (unsigned long)-1000L);
}
二.源代码分析
/*
*例如：register_chrdev_region(MKDEV(5, 0), 400, "ville")
*参数：
* from：
* 所要分配设备号范围的起始值，其中的次设备号经常被设置为0。
* count：
* 所请求的连续设备号的个数。如果count特别大，可能会和下一个主设备号重叠。
* name：
* 和设备号关联的设备名称。
*/
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
{
struct char_device_struct *cd;
dev_t to = from + count;/*计算分配设备号范围中的最大值，1280+400=1680*/
dev_t n, next;
for (n = from; n < to; n = next) {/*每次申请256个设备号*/
next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);/*主设备号加一得到的设备号，次设备号为零*/
if (next > to)
next = to;
cd = __register_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n),/*核心函数*/
next - n, name);
if (IS_ERR(cd))
goto fail;
}
return 0;
fail:/*当任何一次分配失败的时候，释放所有已经申请的设备号*/
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));/*核心函数*/
}
return PTR_ERR(cd);
}
1.struct char_device_struct结构
fs/char_dev.c
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
const char *name; // 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; /* will die指向字符设备驱动程序描述符的指针*/
} *chrdevs[MAX_PROBE_HASH];
2.__register_chrdev_region
/*
*例子：__register_chrdev_region(5, 0, 256, “ville”);
*
* Register a single major with a specified minor range.
*
* If major == 0 this functions will dynamically allocate a major and return
* its number.
*
* If major > 0 this function will attempt to reserve the passed range of
* minors and will return zero on success.
*
* Returns a -ve errno on failure.
*/
static struct char_device_struct *
__register_chrdev_region(unsigned int major/*5*/, unsigned int baseminor/*0*/,
int minorct/*256*/, const char *name/*ville*/)
{
struct char_device_struct *cd, **cp;
int i;
int ret = 0;
cd = kmalloc(sizeof(struct char_device_struct), GFP_KERNEL);/*slab分配一个char_device_struct变量*/
if (cd == NULL)
return ERR_PTR(-ENOMEM);
memset(cd, 0, sizeof(struct char_device_struct));/*将刚刚分配的变量的内存区清零*/
write_lock_irq(&chrdevs_lock);/*关中断，禁止内核抢占+读写锁*/
/* temporary */
if (major == 0) {/*分配一个主设备号！*/
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;/*申请设备号的个数*/
cd->name = name;
/****************以上为第一部分，处理char_device_struct变量的分配和初始化************/
/****************以下为第二部分，将char_device_struct变量注册到内核*****************/
i = major_to_index(major);/*将major对256取余数，得到可以存放char_device_struct在chrdevs中的索引*/
/*
*退出循环：
(1)chrdevs[i]为空
(2)chrdevs[i]的主设备号大于major
(3)chrdevs[i]的主设备号等于major，但是次设备号大于等于baseminor
*/
for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
if ((*cp)->major > major ||
((*cp)->major == major && (*cp)->baseminor >= baseminor))
break;
/*
*如果*cp不空，并且*cp的major与要申请的major相同，
*此时，如果(*cp)->baseminor < baseminor + minorct，就会发生冲突
*因为和已经分配了的设备号冲突了。
*出错！
*/
if (*cp && (*cp)->major == major &&
(*cp)->baseminor < baseminor + minorct) {
ret = -EBUSY;
goto out;
}
/*
*所要申请的设备号可以满足
*/
cd->next = *cp;/*按照主设备号从小到达的顺序排列*/
*cp = cd;
write_unlock_irq(&chrdevs_lock);
return cd;
out:
write_unlock_irq(&chrdevs_lock);
kfree(cd);
return ERR_PTR(ret);
}
总结：
大体上分为两个步骤：
1.char_device_struct类型变量的分配以及初始化
2.将char_device_struct变量注册到内核
1.char_device_struct类型变量的分配以及初始化
(1)首先，调用 kmalloc 分配一个 char_device_struct 变量cd。
检查返回值，进行错误处理。
(2)将分配的char_device_struct变量的内存区清零memset。
(3)获取chrdevs_lock读写锁，并且关闭中断，禁止内核抢占，write_lock_irq。
(4)如果传入的主设备号major不为0，跳转到第(7)步。
(5)这时，major为0，首先需要分配一个合适的主设备号。
将 i 赋值成 ARRAY_SIZE(chrdevs)-1，其中的 chrdevs 是包含有256个char_device_struct *类型的数组，
然后递减 i 的值，直到在chrdevs数组中出现 NULL。当chrdevs数组中不存在空值的时候，
ret = -EBUSY; goto out;
(6)到达这里，就表明主设备号major已经有合法的值了，接着进行char_device_struct变量的初始化。
设置major, baseminor, minorct以及name。
2.将char_device_struct变量注册到内核
(7)将 i 赋值成 major_to_index(major)
将major对256取余数，得到可以存放char_device_struct在chrdevs中的索引
(8)进入循环，在chrdevs[i]的链表中找到一个合适位置。
退出循环的条件：
(1)chrdevs[i]为空。
(2)chrdevs[i]的主设备号大于major。
(3)chrdevs[i]的主设备号等于major，但是次设备号大于等于baseminor。
注意：cp = &(*cp)->next，cp是char_device_struct **类型，(*cp)->next是一个char_device_struct *
类型，所以&(*cp)->next，就得到一个char_device_struct **，并且这时候由于是指针，所以
对cp赋值，就相当于对链表中的元素的next字段进行操作。
(9)进行冲突检查，因为退出循环的情况可能造成设备号冲突(产生交集)。
如果*cp不空，并且*cp的major与要申请的major相同，此时，如果(*cp)->baseminor < baseminor + minorct，
就会发生冲突，因为和已经分配了的设备号冲突了。出错就跳转到ret = -EBUSY; goto out;
(10)到这里，内核可以满足设备号的申请，将cd链接到链表中。
(11)释放chrdevs_lock读写锁，开中断，开内核抢占。
(12)返回加入链表的char_device_struct变量cd。
(13)out出错退出
a.释放chrdevs_lock读写锁，开中断，开内核抢占。
b.释放char_device_struct变量cd，kfree。
c.返回错误信息
3.__unregister_chrdev_region
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);
write_lock_irq(&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;
}
write_unlock_irq(&chrdevs_lock);
return cd;
}
总结：
(1)注意只有major，baseminor和minorct全都相同，才能标示一个 char_device_struct 变量。
(2)在__unregister_chrdev_region之中，并不释放内存。
三.总结
1.首先，内核使用char_device_struct 结构表示一次字符设备号的申请(针对__register_chrdev_region来说)。
其中单纯对于字符设备号管理而言，最重要的就是
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
2.内核对字符设备号的集中管理体现在chrdevs数组中，它也是一个散列表，使用chrdevs_lock读写锁进行保护，
操作的时候，需要关闭中断，关闭内核抢占。
散列函数：major_to_index(major)，单纯的进行 major%256
使用链表处理冲突。
3.对于字符设备号申请，有可能出现，申请范围很大超出256的情况，这时候，就会在一次register_chrdev_region调用中，
产生多个char_device_struct的情况。其中只有最后一个minorct小于等于256，其余的全都等于256。
4.alloc_chrdev_region 动态的分配设备号
char_dev.c
a.参数：
dev:
仅仅作为输出参数，成功分配后将保存已分配的第一个设备编号。
baseminor:
被请求的第一个次设备号，通常是0。
count:
所要分配的设备号的个数。
name:
和所分配的设备号范围相对应的设备名称。
b.返回值：
成功返回0，失败返回负的错误编码。
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;
}
通过以上分析很好理解。
5.unregister_chrdev_region释放字符设备号
char_dev.c
a.参数：
from:
所要释放的第一个设备号。
count:
释放设备号的个数。
b.返回值：
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));
}
}
通过对__unregister_chrdev_region的分析，很好理解这个函数。
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