字符设备 register_chrdev_region()、alloc_chrdev_region() 和 register_chrdev()

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);

}

注意， unregister_chrdev() 会把 register_chrdev() 中自动分配的 cdev 给注销掉。