linux內核register_chrdev_region()系列函數

內核中所有已分配的字符設備編號都記錄在一個名爲 chrdevs 散列表裏。該散列表中的每一個元素是一個 char_device_struct 結構，它的定義如下：

   static struct char_device_struct {
       struct char_device_struct *next;    // 指向散列衝突鏈表中的下一個元素的指針
       unsigned int major;                 // 主設備號
       unsigned int baseminor;             // 起始次設備號
       int minorct;                        // 設備編號的範圍大小
       char name[64];                      // 處理該設備編號範圍內的設備驅動的名稱
       struct file_operations *fops;       // 沒有使用
       struct cdev *cdev;                  // 指向字符設備驅動程序描述符的指針
   } *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

 

 

cdev結構體定義如下：
struct cdev {
struct kobject kobj;    //內嵌kobject  對象
struct module *owner;   //所屬模塊
const struct file_operations *ops;      //文件操作結構，在寫驅動時，其結構體內的大部分函數                                     
struct list_head list;   
dev_t dev;                                                    //設備號，int 類型，高12位爲主設備號，低20位爲次設備號  
unsigned int count;
};

注意，內核並不是爲每一個字符設備編號定義一個 char_device_struct 結構，而是爲一組對應同一個字符設備驅動的設備編號範圍定義一個 char_device_struct 結構。chrdevs 散列表的大小是 255，散列算法是把每組字符設備編號範圍的主設備號以 255 取模插入相應的散列桶中。同一個散列桶中的字符設備編號範圍是按起始次設備號遞增排序的。

註冊
內核提供了三個函數來註冊一組字符設備編號，這三個函數分別是

1：register_chrdev_region()

2：alloc_chrdev_region() 

3：register_chrdev()

       這三個函數都會調用一個共用的 __register_chrdev_region() 函數來註冊一組設備編號範圍（即一個 char_device_struct 結構）。

register_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count,char *name)
            First :要分配的設備編號範圍的初始值(次設備號常設爲0);
            Count:連續編號範圍.
            Name:編號相關聯的設備名稱. (/proc/devices);
動態分配:
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned int firstminor,unsigned int count,char *name);
      Firstminor : 通常爲0;
     *dev:存放返回的設備號;
釋放:
Void unregist_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count);

所以下面先來看一下 __register_chrdev_region() 函數的實現代碼。

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 = kmalloc(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);
}
函數 __register_chrdev_region() 主要執行以下步驟：
1. 分配一個新的 char_device_struct 結構，並用 0 填充。
2. 如果申請的設備編號範圍的主設備號爲 0，那麼表示設備驅動程序請求動態分配一個主設備號。動態分配主設備號的原則是從散列表的最後一個桶向前尋找，那個桶是空的，主設備號就是相應散列桶的序 號。所以動態分配的主設備號總是小於 256，如果每個桶都有字符設備編號了，那動態分配就會失敗。
3. 根據參數設置 char_device_struct 結構中的初始設備號，範圍大小及設備驅動名稱。
4. 計算出主設備號所對應的散列桶，爲新的 char_device_struct 結構尋找正確的位置。同時，如果設備編號範圍有重複的話，則出錯返回。
5. 將新的 char_device_struct 結構插入散列表中，並返回 char_device_struct 結構的地址。

分析完 __register_chrdev_region() 後，我們來一個個看那三個註冊函數。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() 函數用於分配指定的設備編號範圍。如果申請的設備編號範圍跨越了主設備號，它會把分配範圍內的編號按主設備號分割成較小的子範圍，並在每個子範圍上調用 __register_chrdev_region() 。如果其中有一次分配失敗的話，那會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() 函數用於動態申請設備編號範圍，這個函數好像並沒有檢查範圍過大的情況，不過動態分配總是找個空的散列桶，所以問題也不大。通過指針參數返回實際獲得的起始設備編號。

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;
}
最後一個 register_chrdev() 是一個老式分配設備編號範圍的函數。它分配一個單獨主設備號和 0 ~ 255 的次設備號範圍。如果申請的主設備號爲 0 則動態分配一個。該函數還需傳入一個 file_operations 結構的指針，函數內部自動分配了一個新的 cdev 結構。關於這些，在後續講字符設備驅動的註冊時會說明。

註銷
和註冊分配字符設備編號範圍類似，內核提供了兩個註銷字符設備編號範圍的函數，分別是 unregister_chrdev_region() 和 unregister_chrdev() 。它們都調用了 __unregister_chrdev_region() 函數。由於比較簡單，就不加說明了，只把代碼貼出來。

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() 會把 register_chrdev() 中自動分配的 cdev 給註銷掉。

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