深入理解Linux设备模型

"Linux 设备模型学习笔记 - 张俊岭" Linux设备模型是Linux内核中用于管理和组织系统中各种硬件设备的一种抽象机制。它提供了一种统一的方式来表示和操作不同类型的硬件设备，使得驱动程序可以更加高效地注册、管理和交互。这篇学习笔记主要涵盖了Linux设备模型的基础知识，包括设备号、设备分类以及设备节点的创建。 1. **设备号相关** 在Linux中，每个设备都有一个唯一的设备号，由主设备号和次设备号组成，用于区分不同的设备。在内核初始化阶段，`devices_init`函数会创建三个`kobject`对象，它们分别对应于`/sys/dev`下的`block`和`char`目录。这些`kobject`用于在`sysfs`文件系统中表示设备，便于用户空间通过`/sys`接口访问设备信息。`device_create_sys_dev_entry`函数则用于根据设备号在对应的`/sys/dev/char`或`/sys/dev/block`目录下创建符号链接，链接指向设备在`sysfs`中的实际位置。 2. **设备分类** Linux设备模型将设备划分为四类： - **物理设备**：没有指定`class`，即`class`为`NULL`，这类设备通常代表实际的硬件设备，如硬盘、键盘等。 - **类设备**：具有特定的`class`，例如网络设备、字符设备等，它们可能不直接对应物理硬件，而是软件模拟的设备。 - **子设备**：根据`parent`属性关联到父设备，子设备依赖于父设备存在，例如SCSI控制器下的磁盘设备。 - **虚拟设备**：没有物理对应物，完全由软件实现，例如循环设备。 3. **设备注册与管理** 驱动程序通过调用内核提供的API来注册设备，如`device_register`函数。这个过程会创建设备结构体，并将其添加到设备链表中。同时，设备的属性和事件处理函数也会被设置。当设备不再使用时，可以通过`device_unregister`来注销设备。 4. **设备驱动程序** 驱动程序是与硬件交互的软件模块，它们实现了对特定设备的操作函数。在设备模型中，驱动程序会声明它所支持的设备类型，并在设备探测阶段匹配到相应的硬件，然后加载和初始化。 5. **sysfs与设备模型** `sysfs`是Linux内核提供的一种特殊文件系统，它将内核数据结构暴露到用户空间。通过`sysfs`，设备模型能够创建设备节点和属性文件，使得用户空间可以通过读写这些文件来控制和查询设备状态。 6. **总线与设备关系** 在设备模型中，总线（如PCI、USB）是用来连接设备和系统的桥梁，它负责管理设备的注册、枚举和中断处理等。设备会关联到相应的总线上，通过总线驱动来实现与硬件的通信。 7. **设备文件** 在用户空间，设备通常以文件形式存在，如`/dev/hda`、`/dev/ttyS0`等。这些设备文件的创建与设备模型密切相关，设备号决定了设备文件的名称，而设备节点的权限和操作则由驱动程序设置。 Linux设备模型是内核的核心组件之一，它提供了设备的统一管理和访问机制，简化了驱动程序的编写，同时也使用户空间能够方便地操作和监控硬件设备。通过深入理解设备模型，开发者可以更有效地构建和维护Linux驱动程序。