浅谈Linux 中字符设备的注册

Linux中字符设备的注册过程是比较简单的。我们通常可以调用misc_register()函数来注册一个字符设备。Misc设备是一种字符设备，通过该设备可以将fops请求转发给注册的misc设备，从而实现字符设备的功能。用户调用该接口注册Misc字符设备时，可以动态分配设备Minor号，当获取Minor号之后调用class_simple_device_add()或者device_create()函数完成字符设备的创建。Misc字符设备注册函数如下所示：

int misc_register(struct miscdevice * misc)
{
    struct miscdevice *c;
    dev_t dev;
    int err = 0;  

    INIT_LIST_HEAD(&misc->list);  

    mutex_lock(&misc_mtx);      //获取misc设备信号量
    list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {  //检查设备是否已经存在
        if (c->minor == misc->minor) {
            mutex_unlock(&misc_mtx);
            return -EBUSY;          //如果设备存在，直接返回
        }
    }  

    if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {    //动态分配分配minor号
        int i = DYNAMIC_MINORS;
        while (--i >= 0)
            if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)
                break;
        if (i<0) {
            mutex_unlock(&misc_mtx);
            return -EBUSY;
        }
        misc->minor = i;
    }  

    if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS)
        misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7);
    dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);  

    misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev,
                      "%s", misc->name);        //创建字符设备（Misc设备）
    if (IS_ERR(misc->this_device)) {
        err = PTR_ERR(misc->this_device);
        goto out;
    }  

    /*
     * Add it to the front, so that later devices can "override"
     * earlier defaults
     */
    list_add(&misc->list, &misc_list);  //将设备保存至misc设备链中，设备访问时需要操作该链表
 out:
    mutex_unlock(&misc_mtx);
    return err;
}

需要注意的是2.6.12内核中创建系统设备时需要调用simple_device的接口class_simple_device_add()。在2.6.23中需要调用device_create()函数完成设备注册。在3.2内核中，simple_device的接口已经不存在了，所以必须调用device_create函数，另外，3.2内核不支持具有相同minor号的字符设备，在2.6.x内核中是支持的。

系统是如何完成fops函数调用的呢？回答这个问题需要分析Misc设备打开过程。在打开Misc设备驱动的时候，Misc设备驱动会根据访问设备的Minor号重定向fops函数集，该程序说明如下：

static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)
{
    int minor = iminor(inode);
    struct miscdevice *c;
    int err = -ENODEV;
    const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;  

    mutex_lock(&misc_mtx);  

    list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {  //通过minor号来匹配对应的fops函数集
        if (c->minor == minor) {
            new_fops = fops_get(c->fops);
            break;
        }
    }  

    if (!new_fops) {
        mutex_unlock(&misc_mtx);
        request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);
        mutex_lock(&misc_mtx);  

        list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
            if (c->minor == minor) {
                new_fops = fops_get(c->fops);
                break;
            }
        }
        if (!new_fops)
            goto fail;
    }  

    err = 0;
    old_fops = file->f_op;
    file->f_op = new_fops;  //重定向fops函数
    if (file->f_op->open) {     //打开设备
        err=file->f_op->open(inode,file);
        if (err) {
            fops_put(file->f_op);
            file->f_op = fops_get(old_fops);
        }
    }
    fops_put(old_fops);
fail:
    mutex_unlock(&misc_mtx);
    return err;
}

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