linux設備驅動---內核如何管理設備號
時間：2023-10-12 來源：華清遠見
Linux內核通過設備號來管理和識別系統中的不同設備。設備號用于唯一標識每個設備，包括硬盤、網絡接口、終端、串口等。
在Linux內核中，設備號由主設備號（major number）和次設備號（minor number）組成。主設備號用于區分不同類型的設備，而次設備號則用于區分同一類型設備中的不同實例或分區。設備號的分配和管理是由內核完成的。當一個設備驅動程序加載到內核中時，它通常會向內核注冊自己的主設備號和次設備號范圍。內核會將這些設備號與設備驅動程序進行關聯，以便正確地分配和識別設備。當用戶空間應用程序需要與設備進行交互時，它們可以使用設備文件路徑來訪問設備。每個設備在文件系統中都有一個唯一的設備文件，例如/dev/sda表示第一個硬盤設備。用戶空間應用程序可以打開設備文件，并通過讀寫文件的方式與設備進行通信。
在打開設備文件時，內核會驗證該設備文件對應的設備號是否與內核中已注冊的設備號匹配。如果匹配成功，內核就知道哪個設備驅動程序負責處理該設備文件操作。
通過設備號的管理，Linux內核能夠有效地識別和路由設備操作，使得不同類型的設備能夠被正確地訪問和操作。
當設備驅動程序加載到Linux內核時，它通常會調用register_chrdev()或類似的函數來注冊自己的主設備號。主設備號是一個非負整數，在內核中用于標識設備驅動程序的類型。不同類型的設備通常具有不同的主設備號。主設備號的范圍由內核分配，通常由設備驅動程序的開發者向Linux維護團隊申請。一旦設備驅動程序成功注冊了主設備號，它就可以通過操作系統提供的接口函數（例如alloc_chrdev_region()或register_chrdev_region()）來進一步分配次設備號范圍。次設備號是一個非負整數，被用于標識同一類型設備中的不同實例或分區。它的范圍通常由設備驅動程序的開發者決定，取決于設備的數量和組織方式。
在用戶空間，每個設備通常對應一個設備文件，這些設備文件位于/dev目錄下。設備文件的名稱通常遵循一定的命名規則，例如/dev/sda表示第一個硬盤設備，/dev/ttyUSB0表示第一個USB串口設備。用戶空間的應用程序需要與設備進行交互時，它們可以使用標準的文件操作函數（如open()、read()、write()和close()）來打開設備文件并進行讀寫操作。內核會根據設備文件中包含的設備號信息，將對應的操作請求傳遞給正確的設備驅動程序進行處理。
通過管理設備號，Linux內核能夠準確地識別和路由設備操作，將其發送到正確的設備驅動程序。這種機制使得不同類型的設備能夠被正確地訪問和操作，保證了系統的可靠性和穩定性。
