讲主要概述Linux设备驱动框架、驱动程序的配置文件及常用的加载驱动程序的方法；并且介绍Red Hat Linux安装程序是如何加载驱动的，通过了解这个过程， 我们可以自己将驱动程序放到引导盘中；安装完系统后，使用kudzu自动配置硬件程序。
Linux设备驱动概述
1. 内核和驱动模块
操作系统是通过各种驱动程序来驾驭硬件设备，它为用户屏蔽了各种各样的设备，驱动硬件是操作系统最基本的功能，并且提供统一的操作方式。正如我们查看屏幕
上的文档时,不用去管到底使用nVIDIA芯片，还是ATI芯片的显示卡，只需知道输入命令后，需要的文字就显示在屏幕上。硬件驱动程序是操作系统最基本
的组成部分，在Linux内核源程序中也占有较高的比例。
Linux内核中采用可加载的模块化设计（LKMs ，Loadable Kernel Modules），一般情况下编译的Linux内核是支持可插入式模块的，也就是将最基本的核心代码编译在内核中，其它的代码可以选择是在内核中，或者编译为内核的模块文件。
如果需要某种功能，比如需要访问一个NTFS分区，就加载相应的NTFS模块。这种设计可以使内核文件不至于太大，但是又可以支持很多的功能，必要时动态地加载。这是一种跟微内核设计不太一样，但却是切实可行的内核设计方案。
我们常见的驱动程序就是作为内核模块动态加载的，比如声卡驱动和网卡驱动等，而Linux最基础的驱动，如CPU、PCI总线、TCP/IP协议、APM
（高级电源管理）、VFS等驱动程序则编译在内核文件中。有时也把内核模块就叫做驱动程序，只不过驱动的内容不一定是硬件罢了，比如ext3文件系统的驱
动。
理解这一点很重要。因此，加载驱动时就是加载内核模块。下面来看一下有关模块的命令，在加载驱动程序要用到它们：lsmod、modprob、insmod、rmmod、modinfo。
lsmod 列出当前系统中加载的模块，例如：
#lsmod （与cat /proc/modules 得出的内容是一致的）
Module Size Used by Not tainted
radeon 115364 1
agpgart 56664 3
nls_iso8859-1 3516 1 (autoclean)
loop 12120 3 (autoclean)
smbfs 44528 2 (autoclean)
parport_pc 19076 1 (autoclean)
lp 9028 0 (autoclean)
parport 37088 1 (autoclean) [parport_pc lp]
autofs 13364 0 (autoclean) (unused)
ds 8704 2
yenta_socket 13760 2
pcmcia_core 57184 0 [ds yenta_socket]
tg3 55112 1
sg 36940 0 (autoclean)
sr_mod 18104 0 (autoclean)
microcode 4724 0 (autoclean)
ide-scsi 12208 0
scsi_mod 108968 3 [sg sr_mod ide-scsi]
ide-cd 35680 0
cdrom 33696 0 [sr_mod ide-cd]
nls_cp936 124988 1 (autoclean)
nls_cp437 5148 1 (autoclean)
vfat 13004 1 (autoclean)
fat 38872 0 (autoclean) [vfat]
keybdev 2976 0 (unused)
mousedev 5524 1
hid 22212 0 (unused)
input 5888 0 [keybdev mousedev hid]
ehci-hcd 20104 0 (unused)
usb-uhci 26412 0 (unused)
usbcore 79392 1 [hid ehci-hcd usb-uhci]
ext3 91592 2
jbd 52336 2 [ext3]
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上面显示了当前系统中加载的模块，左边数第一列是模块名，第二列是该模块大小，第三列则是该模块使用的数量。
如果后面为unused，则表示该模块当前没在使用。如果后面有autoclean，则该模块可以被rmmod -a命令自动清洗。rmmod
-a命令会将目前有autoclean的模块卸载，如果这时候某个模块未被使用，则将该模块标记为autoclean。如果在行尾的[
]括号内有模块名称，则括号内的模块就依赖于该模块。例如：
cdrom 34144 0 [sr_mod ide-cd]
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其中ide-cd及sr_mod模块就依赖于cdrom模块。
系统的模块文件保存在/lib/modules/2.4.XXX/kerne目录中，根据分类分别在fs、net等子目录中，他们的互相依存关系则保存在/lib/modules/2.4.XXX/modules.dep 文件中。
需要注意，该文件不仅写入了模块的依存关系，同时内核查找模块也是在这个文件中，使用modprobe命令，可以智能插入模块，它可以根据模块间依存关
系，以及/etc/modules.conf文件中的内容智能插入模块。比如希望加载ide的光驱驱动，则可运行下面命令：
此时会发现，cdrom模块也会自动插入。
insmod也是插入模块的命令，但是它不会自动解决依存关系，所以一般加载内核模块时使用的命令为modprobe。
rmmod可以删除模块，但是它只可以删除没有使用的模块。
Modinfo用来查看模块信息，如modinfo -d cdrom，在Red Hat Linux系统中，模块的相关命令在modutils的RPM包中。
2．设备文件
当我们加载了设备驱动模块后，应该怎样访问这些设备呢？Linux是一种类Unix系统，Unix的一个基本特点是“一切皆为文件”，它抽象了设备的处理，将所有的硬件设备都像普通文件一样看待，也就是说硬件可以跟普通文件一样来打开、关闭和读写。
系统中的设备都用一个设备特殊文件代表，叫做设备文件，设备文件又分为Block（块）型设备文件、Character（字符）型设备文件和Socket
（网络插件）型设备文件。Block设备文件常常指定哪些需要以块（如512字节）的方式写入的设备，比如IDE硬盘、SCSI硬盘、光驱等。
而Character型设备文件常指定直接读写，没有缓冲区的设备，比如并口、虚拟控制台等。Socket（网络插件）型设备文件指定的是网络设备访问的BSD socket 接口。
＃ls -l /dev/hda /dev/video0 /dev/log
brw-rw---- 1 root disk 3, 0 Sep 15 2003 /dev/hda
srw-rw-rw- 1 root root 0 Jun 3 16:55 /dev/log
crw------- 1 root root 81, 0 Sep 15 2003 /dev/video0
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上面显示的是三种设备文件，注意它们最前面的字符，Block型设备为b，Character型设备为c，Socket设备为s。
由此可以看出，设备文件都放在/dev目录下，比如硬盘就是用/dev/hd*来表示，/dev/hda表示第一个IDE接口的主设备，/dev/hda1表示第一个硬盘上的第一个分区；而/dev/hdc 表示第二个IDE接口的主设备。可以使用下面命令：
＃dd if=/dev/hda of=/root/a.img bs＝446 count＝1
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把第一个硬盘上前446个字节的MBR信息导入到a.img文件中。
对于Block和Character型设备，使用主（Major）和辅（minor）设备编号来描述设备。主设备编号来表示某种驱动程序，同一个设备驱动
程序模块所控制的所有设备都有一个共同的主设备编号，而辅设备编号用于区分该控制器下不同的设备，比如，/dev/hda1（block
3/1）、/dev/hda2(block 3/2 )和/dev/hda3( block3/3
)都代表着同一块硬盘的三个分区，他们的主设备号都是3，辅设备号分别为1、2、3。 这些设备特殊文件用mknod命令来创建：
我们就在当前位置创建出一个与 /dev/hda一样的、可以访问第一个IDE设备主硬盘的文件，文件名叫做harddisk。
使用下面命令可以查看设备编号：
#file /dev/hda
/dev/hda: block special (3/0)
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其中Block代表/dev/hda是系统的Block型（块型）设备文件，它的主设备编号为3，辅设备编号为0。
#ls -l /dev/hda /dev/hdb
brw-rw---- 1 root disk 3, 0 Sep 15 2003 /dev/hda
brw-rw---- 1 root disk 3, 64 Sep 15 2003 /dev/hdb
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使用ls －l也可以看到设备编号，/dev/hdb代表第一个IDE接口的从设备（Slave）也是Block设备，编号为(3/64),还有另外一种设备文件是/dev/tty*。使用如下命令：
#echo "hello tty1" > /dev/tty1
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将字符串“hello tty1”输出到/dev/tty1代表的第一个虚拟控制台上，此时按“Alt + F1”可以看到该字符出现在屏幕上，这个特殊的文件就代表着我们的第一虚拟控制台。
＃file /dev/tty1
/dev/tty1: character special (4/1)
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由上可以看到，它的类型为Character 型（字符型）设备文件，主设备号为4，辅设备号为1。同样，/dev/tty2代表着第二个虚拟控制台，是Character设备，编号为 (4/2)。
当将/dev/cdrom加载到/mnt/cdrom中时，只要访问/mnt/cdrom系统就会自动引入到/dev/cdrom对应的驱动程序中，访问实际的数据。
有关设备文件的编号可以看内核文档/usr/src/linux-2.*/Documentation/devices.txt 文件(在Kernel的源文件解包后的Documentation目录中)，其中详细叙述了各种设备文件编号的意义。
3.使用/proc目录中的文件监视驱动程序的状态
通过设备文件怎样访问到相应的驱动程序呢？它们中间有一个桥梁，那就是proc文件系统，它一般会被加载到/proc目录。访问设备文件时，操作系统通常
会通过查找/proc目录下的值，确定由哪些驱动模块来完成任务。如果proc文件系统没有加载，访问设备文件时就会出现错误。
Linux系统中proc文件系统是内核虚拟的文件系统，其中所有的文件都是内核中虚拟出来的，各种文件实际上是当前内核在内存中的参数。它就像是专门为
访问内核而打开的一扇门，比如访问/proc/cpuinfo文件，实际上就是访问目前的CPU的参数，每一次系统启动时系统都会通过
/etc/fstab中设置的信息自动将proc文件系统加载到/proc目录下：
# grep proc /etc/fstab
none /proc proc defaults 0 0
此外，也可以通过mount命令手动加载:
# mount -t proc none /proc
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通过/proc目录下的文件可以访问或更改内核参数，可以通过/proc目录查询驱动程序的信息。下面先让我们看一下/proc目录中的信息：
# ls /proc
1 4725 5032 5100 5248 5292 crypto kcore partitions
14 4794 5044 5110 5250 5293 devices kmsg pci
2 4810 5075 5122 5252 5295 dma ksyms self
3 4820 5079 5132 5254 5345 driver loadavg slabinfo
4 4831 5080 5151 5256 6 execdomains locks stat
4316 4910 5081 5160 5258 7 fb lvm swaps
4317 4912 5082 5170 5262 70 filesystems mdstat sys
4318 4924 5083 5180 5271 8 fs meminfo sysrq-trigger
4319 4950 5084 5189 5287 9 ide misc sysvipc
4620 4963 5085 5232 5288 apm interrupts modules tty
4676 5 5086 5242 5289 bus iomem mounts uptime
4680 5005 5087 5244 5290 cmdline ioports mtrr version
4706 5018 5088 5246 5291 cpuinfo irq net
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需要知道的是，这些文件都是实时产生的虚拟文件，访问它们就是访问内存中真实的数据。这些数据是实时变化产生的，可以通过以下命令来查看文件的具体值：
# cat /proc/interrupts
CPU0
0: 50662 XT-PIC timer
1: 3 XT-PIC keyboard
2: 0 XT-PIC cascade
5: 618 XT-PIC ehci-hcd, eth1
8: 1 XT-PIC rtc
9: 0 XT-PIC usb-uhci, usb-uhci
11: 50 XT-PIC usb-uhci, eth0
12: 16 XT-PIC PS/2 Mouse
14: 8009 XT-PIC ide0
15: 0 XT-PIC ide1
NMI: 0
ERR: 0
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其它文件的含意见表1所示。
/proc/sys目录下的文件一般可以直接更改，相当于直接更改内核的运行参数，例如：
# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
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上面代码可以将内核中的数据包转发功能打开。
另外，Linux系统中提供一些命令来查询系统的状态，如free可以查看目前的内存使用情况，ide_info可以查看ide设备的信息，例如：
类似的命令还有scsi_info，可以查看SCSI设备的信息。这些命令一般也是查询/proc目录下的文件，并返回结果。
系统初始化过程驱动程序的安装
在Linux安装过程中，系统上的硬件会被检测，基于检测到的结果安装程序会决定哪些模块需要在引导时被载入。Red Hat的安装程序为anaconda，它提供了自动检测硬件，并且安装的机制。
但是，如果计算机内的某些硬件没有默认的驱动程序，比如一块SCSI卡，我们可以在启动后的boot提示符下，输入“linux dd”，在加载完内核后，系统会自动提示插入驱动盘，这时就有机会把该硬件的Linux驱动程序装入。
如果在安装系统时，某种硬件总是因为中断冲突（ISA总线的设备较常见，比如一块ISA网卡）没法正常驱动，或者是缺少驱动程序，那么可以在boot提示
符下输入“linux
noprobe”。在这种模式下，安装程序不会自动配置找到的硬件，可以自己来选择现有驱动，配置驱动程序的参数，或者选择用光盘或软盘加载驱动程序。
定制引导盘
系统启动时是如何加载驱动的？下面让我们来看一下Red
Hat的安装光盘是怎样引导的。当Linux安装光盘启动时，加载位于光盘上isolinux中的内核文件vmlinuz，内核运行完毕后，又将
initrd.img的虚拟文件系统加载到内存中。这个文件为ext2文件系统的镜像，经过gzip压缩，可以通过以下步骤查看该镜像中的内容：
# mount /mnt/cdrom
# mkdir /mnt/imgdir
# gunzip < /mnt/cdrom/isolinux/initrd.img > /ext2img
# mount -t ext2 -o loop /ext2img /mnt/imgdir
# cd /mnt/imgdir
# ls -F
bin@
dev/
etc/
linuxrc@
lost+found/
modules/
proc/
sbin/
tmp/
var/
# cd modules
# ls
module-info
modules.cgz
modules.dep
modules.pcimap
pcitable
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其中modules.dep为模块的注册文件，同时有各种模块的依存关系。modules.cgz为cpio的打包文件，实际的各种驱动模块就在该文件中。我们可以通过以下命令解包：
# cpio -idmv < modules.cgz
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由此可以看到，解包出来的目录2.4.21-4XXX。进入该目录下的i386目录，就可以看到当前启动盘中支持的所以驱动程序：
# ls
3c59x.o
3w-xxxx.o
8139cp.o
8139too.o
8390.o
aacraid.o
acenic.o
aic79xx.o
……
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若希望在系统中加入需要的驱动程序，可以相应地修改这些文件，比如在modules.dep中加入该模块的名字和依存关系，将编译好的驱动模块文件加入modules.cgz中，这样就可以制定自己的安装光盘。
硬盘上的系统启动过程与上面类似，但是initrd的镜像文件要更简单些，一般在initrd-2.4.XXX.img的虚拟文件系统中，只会在/lib
目录下包含ext3.o jbd.o
lvm-mod.o等少数文件，用来驱动硬盘上的ext3的文件系统。加载文件系统后，就可以使用/lib/modules/2.4.XXX/下的
modules.dep文件及Kernel目录中的各种驱动文件。
自动配置安装
如果安装完Linux系统后，又添加了新的硬件，那么系统必须载入正确的驱动程序才可以使用它。在Red Hat
Linux中，可以使用kudzu来配置硬件。这是PnP设备的检测程序，当系统使用新硬件引导后，运行kudzu（默认会自动运行），如果新硬件被支
持，那么它就会被自动检测到。该程序还会为它配置驱动模块，把结果写入到文件/etc/sysconfig/hwconf中，kudzu可以通过对比这个
文件发现新安装的硬件，并进行配置；也可以通过编辑模块配置文件/etc/modules.conf来手工指定加载模块。
Kudzu服务默认每次启动时都要运行，如果需要缩短启动时间，使用下面命令可以停止系统启动时的kudzu服务：
如果要安装新的硬件，可以手动运行kudzu程序。
那么kudzu程序如何认识硬件的呢？可以查看/usr/share/hwdata/目录下的文件，根据这些文件中的PnP信息，kudzu可以识别各种硬件设备。
以上介绍了Linux下驱动程序的大体结构、主要的加载方式和相关配置文件，在安装Linux时加载驱动程序，并且根据需要定制自己的引导盘，在安装完成后安装新的、即插即用硬件。下一讲开始，我们将学习具体硬件驱动的安装方法。
