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分類： LINUX linux cdev詳解 謹(jǐn)以此文紀(jì)念過往的歲月 一.前言 以前對于cdev僅僅是知其然，而不知其所以然。在本文中，將深入理解cdev的架構(gòu)以及具體的實現(xiàn)。 二.真實的cdev 2.1 設(shè)備號 搞驅(qū)動的都應(yīng)該知道的東西，在寫gpio驅(qū)動時，往往會用到以下兩個函數(shù)。 alloc_chrdev_region --自動分配設(shè)備號 register_chrdev_region --分配以設(shè)定的設(shè)備號。 上面兩個函數(shù)的調(diào)用很簡單，當(dāng)時卻沒有深入去理解其實現(xiàn)的原理，只知道其采用了hash表，但是具體怎么實現(xiàn)的卻不知道。在這里來好好理解一下。上面兩個函數(shù)的核心是__register_chrdev_region；那來看源碼的實現(xiàn)。 static struct char_device_struct { struct char_device_struct *next; unsigned int major; unsigned int baseminor; int minorct; char name[64]; struct cdev *cdev; /* will die */ } *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE]; --CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE = 255 你看這個結(jié)構(gòu)體會發(fā)現(xiàn)，其定義了一個指針數(shù)組，大小為255. 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); /* temporary */ if (major == 0) { --當(dāng)調(diào)用alloc_chrdev_region時，傳入的major為0，從表面上看調(diào)用alloc_chrdev_region會自動分配設(shè)備，但是有一個缺點(diǎn)就是其 分配的設(shè)備號只能在255內(nèi)，而且并沒有使用hash表，從而大大減少了linux所支持的設(shè)備號數(shù)。 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; } --以下以register_chrdev_region為例即傳入major不為0。 cd->major = major; cd->baseminor = baseminor; cd->minorct = minorct; strncpy(cd->name,name, 64); i = major_to_index(major); -- major % CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 這里采用除留余數(shù)法來產(chǎn)生地址。 for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next) --這個是用于處理散列表的沖突。在這里采用拉鏈法來處理散列沖突。 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) { --這里判斷從設(shè)備號是否出現(xiàn)重合。 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; --這里是將cd插入鏈表中。 *cp = cd; mutex_unlock(&chrdevs_lock); return cd; out: mutex_unlock(&chrdevs_lock); kfree(cd); return ERR_PTR(ret); } 上面是分配設(shè)備號的核心函數(shù)，上面的描述比較空洞，那來看一個例子。 在兩個驅(qū)動文件中都采用register_chrdev_region來分配設(shè)備號。 A文件. dev_t devt = MKDEV(506,0); register_chrdev_region(devt,1,'A'); B文件. dev_t devt = MKDEV(506,1); register_chrdev_region(devt,1,'B'); 也許有人會奇怪這兩個module怎么會用同一個主設(shè)備號，有人會認(rèn)為是在同一個主設(shè)備號下有兩個從設(shè)備，所以會采用同一個主設(shè)備號，其實不然，在命令行中輸入cat /proc/devices 時會發(fā)現(xiàn)竟然有兩個主設(shè)備號為506的設(shè)備，并且這設(shè)備號竟然大于255。到此時，你在回去去看cdev 設(shè)備號的hash表實現(xiàn)就不太難懂了。其實對于hash表的地址為506%255 = 251，而B的cd 等于 A的cd->next.就是hash出現(xiàn)地址沖突時采用拉鏈法來解決沖突的。 OK，到此對于cdev的設(shè)備號是如何分配的應(yīng)該很清楚了吧。 2.2 cdev的初始化和注冊。 一般使用cdev的過程如下 struct cdev { struct kobject kobj; struct module *owner; const struct file_operations *ops; struct list_head list; dev_t dev; unsigned int count; }; cdev_alloc->cdev_init->cdev_add 那就按照上面的順序來分別解釋。 cdev_alloc和cdev_init都比較簡單，這里就不說了。在cdev_add中有一個很重要的函數(shù)kobj_map。 int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count) { p->dev = dev; p->count = count; return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p); } struct kobj_map { struct probe { struct probe *next; dev_t dev; unsigned long range; struct module *owner; kobj_probe_t *get; int (*lock)(dev_t, void *); void *data; } *probes[255]; struct mutex *lock; }; 其傳入的參數(shù)cdev_map在剛開始的時候就分配內(nèi)存并且初始化了。 int kobj_map(struct kobj_map *domain, dev_t dev, unsigned long range,struct module *module, kobj_probe_t *probe,int (*lock)(dev_t, void *), void *data) { unsigned n = MAJOR(dev + range - 1) - MAJOR(dev) + 1; --當(dāng)rang小于1<<20時，n=1 unsigned index = MAJOR(dev); unsigned i; struct probe *p; if (n > 255) n = 255; p = kmalloc(sizeof(struct probe) * n, GFP_KERNEL); if (p == NULL) return -ENOMEM; for (i = 0; i < n; i++, p++) { p->owner = module; p->get = probe; p->lock = lock; p->dev = dev; p->range = range; p->data = data; } mutex_lock(domain->lock); for (i = 0, p -= n; i < n; i++, p++, index++) { struct probe **s = &domain->probes[index % 255]; while (*s && (*s)->range < range) s = &next; p->next = *s; *s = p; } mutex_unlock(domain->lock); return 0; } 上面還是一個鏈表型的數(shù)組，用于保存module的信息。至于這些信息的作用哪兒有用，不急，且聽我慢慢道來。 三.cdev打開 話說每一個設(shè)備在打開的時候都會使用open，而每一個cdev open的時候都會調(diào)用chrdev_open這個函數(shù)，而上面所說的cdev_add中的一些某明奇妙的東東都會在這里看到。 static int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *filp) { struct cdev *p; struct cdev *new = NULL; int ret = 0; spin_lock(&cdev_lock); p = inode->i_cdev; --以此時p=NULL為例。 if (!p) { struct kobject *kobj; int idx; spin_unlock(&cdev_lock); kobj = kobj_lookup(cdev_map, inode->i_rdev, --查找kobject。這里面就知道kobj_mmap為什么那么做了。 if (!kobj) return -ENXIO; new = container_of(kobj, struct cdev, kobj); --根據(jù)kobj找到cdev spin_lock(&cdev_lock); p = inode->i_cdev; if (!p) { inode->i_cdev = p = new; inode->i_cindex = idx; list_add(&inode->i_devices, list); new = NULL; } else if (!cdev_get(p)) ret = -ENXIO; } else if (!cdev_get(p)) ret = -ENXIO; spin_unlock(&cdev_lock); cdev_put(new); if (ret) return ret; ret = -ENXIO; filp->f_op = fops_get(p->ops); --將file的f_op用cdev自己的ops代替。 if (!filp->f_op) goto out_cdev_put; if (filp->f_op->open) { --這里將會調(diào)用設(shè)備自己的open。 ret = filp->f_op->open(inode,filp); if (ret) goto out_cdev_put; } return 0; out_cdev_put: cdev_put(p); return ret; } struct kobject *kobj_lookup(struct kobj_map *domain, dev_t dev, int *index) { struct kobject *kobj; struct probe *p; unsigned long best = ~0UL; retry: mutex_lock(domain->lock); for (p = domain->probes[MAJOR(dev) % 255]; p; p = p->next) { --從鏈表頭開始查詢 struct kobject *(*probe)(dev_t, int *, void *); struct module *owner; void *data; if (p->dev > dev || p->dev + p->range - 1 < dev) --還記否上面是根據(jù)什么來將probe節(jié)點(diǎn)插入到以probes[x]為頭的鏈表中的。 continue; if (p->range - 1 >= best) --我感覺這個錯誤時不會發(fā)生的。 break; if (!try_module_get(p->owner)) --判斷module是否在內(nèi)核中，在就增加計數(shù)。否則返回0表示module不在kernel中。 continue; owner = p->owner; --這里就是cdev->owner data = p->data; --data = cdev probe = p->get; --在cdev_add中就說明是exact_match best = p->range - 1; --就是cdev_add中的參數(shù)count。 *index = dev - p->dev; if (p->lock lock(dev, data) < 0) { --p->lock = exact_lock module_put(owner); continue; } mutex_unlock(domain->lock); kobj = probe(dev, index, data); --返回時cdev的kobject static struct kobject *exact_match(dev_t dev, int *part, void *data) { struct cdev *p = data; return kobj; } /* Currently ->owner protects _only_ ->probe() itself. */ module_put(owner); if (kobj) return kobj; goto retry; } mutex_unlock(domain->lock); return NULL; } 四.總結(jié) 到此cdev的核心算是理解了，其理解有錯之處請各位多多指教。 閱讀(4542) | 評論(0) | 轉(zhuǎn)發(fā)(3) |
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