Linux设备驱动架构解析

"这篇文档是关于Device Driver Architecture的，由Brian Chang在2002年7月22日发表，主要介绍了设备驱动程序在Linux内核中的架构，特别是设备文件和驱动加载机制。" 在计算机系统中，设备驱动程序扮演着至关重要的角色，它们作为操作系统与硬件设备之间的桥梁，使得操作系统能够控制和通信硬件。"Device Driver Architecture"深入探讨了这个领域，特别关注了设备驱动的体系结构。 首先，文档提到了PC的I/O设备架构。在个人计算机中，输入/输出设备通过特定的接口与主板连接，以便进行数据传输。这些设备包括硬盘、键盘、鼠标、显示器等，它们都需要相应的驱动程序才能正常工作。 设备在操作系统中表现为设备文件，每个设备文件有三个关键属性：类型（block或character）、主设备号（major number）和次设备号（minor number）。类型区分块设备（如硬盘）和字符设备（如串口）。主设备号用于识别设备类别，而次设备号则用于区分同一类别的不同设备。例如，`/dev/hda`是第一个IDE硬盘，标记为块设备，主设备号为3，次设备号为0；`/dev/tty0`是当前的虚拟控制台，标记为字符设备，主设备号为4，次设备号为0。 设备驱动的加载有两种方式：静态和动态。静态加载意味着在系统初始化时注册相应的设备文件类。动态加载则允许在模块被加载或卸载时注册或注销设备文件类。这种方式提高了系统的灵活性，允许用户根据需要添加或移除设备支持。 设备文件描述符是操作系统中管理设备文件的关键数据结构。在Linux内核中，`chrdevs`表包含了所有字符设备的`device_struct`描述符，而`blkdevs`表包含了所有块设备的描述符。每个`device_struct`包含设备名称和文件操作结构指针，后者定义了操作系统如何与设备交互的函数集。 例如，在`/fs/devices.c`和`/fs/block_dev.c`文件中，可以看到这些结构体和表的定义。这样的设计使得内核可以高效地管理和操作各种设备。 总结来说，"Device Driver Architecture"文档详细阐述了设备驱动程序在Linux系统中的组织和操作方式，包括设备文件的属性、驱动加载机制以及设备文件描述符的使用，这些都是理解操作系统与硬件交互的关键知识点。对于进行系统级编程和驱动开发的人员来说，这些内容至关重要。