linux内核register_chrdev_region()系列函数

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()。

其中，register_chrdev_region()是为提前知道

设备的主次设备号的设备分配设备编号。alloc_chrdev_region() 是动态分配主次设备号。register_chrdev()。是老版本的设备号注册方式，他只分配主设备号。从设备号在mknod的时候指定。

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
4000
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。