設備文件系統剖析與使用 udev mdev devfs

一、什麼是Linux設備文件系統

      首先我們不看定義，定義總是太抽象很難理解，我們先看現象。當我們往開發板上移植了一個新的文件系統之後（假如各種設備驅動也移植好了），啓動開發板，我們用串口工具進入開發板，查看系統/dev目錄，往往裏面沒有或者就只有null、console等幾個系統必須的設備文件在這兒外，沒有任何設備文件了。那我們移植好的各種設備驅動的設備文件怎麼沒有啊？如果要使用這些設備，那不是要一個一個的去手動的創建這些設備的設備文件節點，這給我們使用設備帶來了極爲的不便（在之前篇幅中講的各種設備驅動的移植都是這樣）。

      設備文件系統就是給我們解決這一問題的關鍵，他能夠在系統設備初始化時動態的在/dev目錄下創建好各種設備的設備文件節點（也就是說，系統啓動後/dev目錄下就有了各種設備的設備文件，直接就可使用了）。除此之外，他還可以在設備卸載後自動的刪除/dev下對應的設備文件節點（這對於一些熱插拔設備很有用，插上的時候自動創建，拔掉的時候又自動刪除）。還有一個好處就是，在我們編寫設備驅動的時候，不必再去爲設備指定主設備號，在設備註冊時用0來動態的獲取可用的主設備號，然後在驅動中來實現創建和銷燬設備文件（一般在驅動模塊加載和卸載函數中來實現）。

二、設備文件系統的種類

      設備文件系統有：devfs、udev、mdev等。

      mdev是udev的簡化版本，是busybox中所帶的程序，最適合用在嵌入式系統，而udev一般都用在PC上的Linux中，相對mdev來說要複雜些；devfs是2.4內核引入的，而在2.6內核中卻被udev所替代，他們有着共同的優點，只是devfs中存在着一些未修復的bug，作者也停止了對他的維護，最顯著的一個區別是：採用devfs時，當一個並不存在的設備節點被打開時，他卻還能自動加載對應的驅動，而udev則不能，udev認爲當打開並不存在的設備節點時不應該加載對應的驅動模塊，因爲加載了也沒用，浪費系統資源。

三、udev或者mdev設備文件系統的使用

  

1. 首先讓大家明白一個問題就是，不管是udev還是mdev，他們就是一個應用程序，就跟其他應用程序一樣（比如：Boa服務），配置了就可以使用了。爲了方便起見，我們就使用busybox自帶的一個mdev，這樣在配置編譯busybox時，只要將mdev的支持選項選上，編譯後就包含了mdev設備文件系統的應用（當然你也可以不使用busybox自帶的，去下載udev的源碼進行編譯移植）

#cd busybox-1.13.0/
#make menuconfig

Linux System Utilities --->
    [*] mdev
    [*]   Support /etc/mdev.conf
    [*]     Support subdirs/symlinks
    [*]       Support regular expressions substitutions when renaming device
    [*]     Support command execution at device addition/removal

 

2. udev或者mdev需要內核sysfs和tmpfs虛擬文件系統的支持，sysfs爲udev提供設備入口和uevent通道，tmpfs爲udev設備文件提供存放空間。所以在/etc/fstab配置文件中添加如下內容（紅色部分）：

# device  mount-point     type      options    dump    fsck order
#----------------------------------------------------------------
procfs    /proc           proc      defaults    0      0
sysfs     /sys            sysfs     defaults    0      0
tmpfs     /dev/shm        tmpfs     defaults    0      0
usbfs     /proc/bus/usb   usbfs     defaults    0      0
ramfs     /dev            ramfs     defaults    0      0
none      /dev/pts        devpts    mode=0622   0      0

 

 

3. 在系統初始化配置文件/etc/init.d/rcS中掛載mdev要用到的sysfs文件系統和tmpfs文件系統，然後啓動/sbin目錄下的mdev應用對系統的設備進行搜索（紅色部分）。

# Mount virtual filesystem
/bin/mount -t     proc     procfs    /proc
/bin/mount -n -t  sysfs    sysfs     /sys
/bin/mount -n -t  usbfs    usbfs     /proc/bus/usb
/bin/mount -t     ramfs    ramfs     /dev

# Make dir
/bin/mkdir -p /dev/pts
/bin/mkdir -p /dev/shm
/bin/mkdir -p /var/log
/bin/mount -n -t devpts none     /dev/pts -o mode=0622
/bin/mount -n -t tmpfs tmpfs     /dev/shm

# Make device node
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev -s

4. 在設備驅動程序中加上對類設備接口的支持，即在驅動程序加載和卸載函數中實現設備文件的創建與銷燬，例如在之前篇幅的按鍵驅動中添加（紅色部分）：

 

#include <linux/device.h>  //設備類用到的頭文件

static int device_major = DEVICE_MAJOR;  //用於保存系統動態生成的主設備號

static struct class *button_class;  //定義一個類

static int __init button_init(void)
{
    //註冊字符設備，這裏定義DEVICE_MAJOR=0，讓系統去分配，註冊成功後將返回動態分配的主設備號
    device_major = register_chrdev(DEVICE_MAJOR, DEVICE_NAME, &buttons_fops);

    if(device_major < 0)
    {
        printk(DEVICE_NAME " register faild!/n");
        return device_major;
    }

    //註冊一個設備類，使mdev可以在/dev/目錄下建立設備節點
    button_class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME);

    if(IS_ERR(button_class))
    {
        printk(DEVICE_NAME " create class faild!/n");
        return -1;
    }

    //創建一個設備節點，取名爲DEVICE_NAME(即my2440_buttons)

    //注意2.6內核較早版本的函數名是class_device_create，現該爲device_create
    device_create(button_class, NULL, MKDEV(device_major, 0), NULL, DEVICE_NAME);

    return 0;
}

static void __exit button_exit(void)
{
    //註銷字符設備
    unregister_chrdev(device_major, DEVICE_NAME);

    //刪除設備節點，注意2.6內核較早版本的函數名是class_device_destroy，現該爲device_destroy
    device_destroy(button_class, MKDEV(device_major, 0));

    //註銷類
    class_destroy(button_class);
}

 

4. 至於mdev的配置文件/etc/mdev.conf，這個可有可無，只是設定設備文件的一些規則。我這裏就不管他了，讓他爲空好了。

 

5. 完成以上步驟後，重新編譯文件系統，下載到開發板上，啓動開發板後進入開發板的/dev目錄查看，就會有很多系統設備節點在這裏產生了，我們就可以直接使用這些設備節點了。