MISC混杂设备 struct miscdevice /misc_register()/misc_deregister()【转】

本文转自：http://blog.csdn.net/angle_birds/article/details/8330407

在Linux系统中，存在一类字符设备，他们共享一个主设备号（10），但此设备号不同，我们称这类设备为混杂设备（miscdeivce），查看/proc/device中可以看到一个名为misc的主设备号为10.所有的混杂设备形成一个链表，对设备访问时内核根据次设备号找到对应的miscdevice设备。相对于普通字符设备驱动，它不需要自己去生成设备文件。

Linux内核使用struct miscdeivce来描述一个混杂设备

struct miscdevice  {

    int minor;

    const char *name;

    const struct file_operations *fops;

    struct list_head list;

    struct device *parent;

    struct device *this_device;

    const char *nodename;

    mode_t mode;

};

scull 设备驱动只实现最重要的设备方法. 它的 file_operations 结构是如下初始化的:

struct file_operations scull_fops = {
     .owner =  THIS_MODULE, 
     .llseek =  scull_llseek, 
     .read =  scull_read, 
     .write =  scull_write, 
     .ioctl =  scull_ioctl, 
     .open =  scull_open, 
     .release =  scull_release,  
   };  

minor是这个混杂设备的次设备号，若由系统自动配置，则可以设置为MISC_DYNANIC_MINOR，name是设备名.使用时只需填写minor次设备号，*name设备名，*fops文件操作函数集即可。

Linux内核使用misc_register函数注册一个混杂设备，使用misc_deregister移除一个混杂设备。注册成功后，linux内核为自动为该设备创建设备节点，在/dev/下会产生相应的节点。

 注册函数：

int misc_register(struct miscdevice * misc)

输入参数：struct miscdevice

返回值：

0   表示注册成功。

负数 表示未成功。

卸载函数：

int  misc_deregister(struct miscdevice *misc)

0  表示成功。

负数 表示失败。

在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。 所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。 在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。

下边是描述这个设备的结构体：

struct miscdevice  {      
    int minor;                               //次设备号   
    const char *name;                        //设备的名称      
    const struct file_operations *fops;     //文件操作    
    struct list_head list;                  //misc_list的链表头  
    struct device *parent;                  //父设备(Linux设备模型中的东东了，哈哈)      
    struct device *this_device;             //当前设备，是device_create的返回值，下边会看到  
};  

然后来看看misc子系统的初始化函数：

static int __init misc_init(void)   
{   
    int err;   
  
#ifdef CONFIG_PROC_FS   
    /*创建一个proc入口项*/  
    proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);                   
#endif   
    /*在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类*/  
    misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");   
    err = PTR_ERR(misc_class);   
    if (IS_ERR(misc_class))   
        goto fail_remove;   
   
    err = -EIO;  
    /*注册设备，其中设备的主设备号为MISC_MAJOR，为10。设备名为misc，misc_fops是操作函数的集合；包含了open方法*/   
    if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))
        goto fail_printk;   
    return 0;   
   
fail_printk:   
    printk("unable to get major %d for misc devices/n", MISC_MAJOR);   
    class_destroy(misc_class);   
fail_remove:   
    remove_proc_entry("misc", NULL);   
    return err;   
}   
/*misc作为一个子系统被注册到linux内核中*/  
subsys_initcall(misc_init);   

下边是register_chrdev函数的实现：

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;  
    /*主设备号是10，次设备号为从0开始，分配256个设备*/  
    cd = __register_chrdev_region(major, 0, 256, name);  
    if (IS_ERR(cd))  
        return PTR_ERR(cd);  
    /*分配字符设备*/  
    cdev = cdev_alloc();  
    if (!cdev)  
        goto out2;  
  
    cdev->owner = fops->owner;  
    cdev->ops = fops;  
    /*Linux设备模型中的,设置kobject的名字*/  
    kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);  
    for (s = strchr(kobject_name(&cdev->kobj),'/'); s; s = strchr(s, '/'))  
        *s = '!';  
    /*把这个字符设备注册到系统中*/     
    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;  
}  

来看看这个设备的操作函数的集合：

static const struct file_operations misc_fops = {   
    .owner      = THIS_MODULE,   
    .open       = misc_open,   
};   

可以看到这里只有一个打开函数，用户打开miscdevice设备是通过主设备号对应的打开函数，在这个函数中找到次设备号对应的相应的具体设备的open函数。它的实现如下：

static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)   
{   
    int minor = iminor(inode);   
    struct miscdevice *c;   
    int err = -ENODEV;   
    const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;   
      
    lock_kernel();   
    mutex_lock(&misc_mtx);   
    /*找到次设备号对应的操作函数集合，让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/  
    list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {   
        if (c->minor == minor) {   
            new_fops = fops_get(c->fops);           
            break;   
        }   
    }   
           
    if (!new_fops) {   
        mutex_unlock(&misc_mtx);   
        /*如果没有找到，则请求加载这个次设备号对应的模块*/  
        request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);   
        mutex_lock(&misc_mtx);   
        /*重新遍历misc_list链表，如果没有找到就退出，否则让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/  
        list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {   
            if (c->minor == minor) {   
                new_fops = fops_get(c->fops);   
                break;   
            }   
        }   
        if (!new_fops)   
            goto fail;   
    }   
   
    err = 0;   
    /*保存旧打开函数的地址*/  
    old_fops = file->f_op;   
    /*让主设备号的操作函数集合指针指向具体设备的操作函数集合*/  
    file->f_op = new_fops;   
    if (file->f_op->open) {  
        /*使用具体设备的打开函数打开设备*/   
        err=file->f_op->open(inode,file);   
        if (err) {   
            fops_put(file->f_op);   
            file->f_op = fops_get(old_fops);   
        }   
    }   
    fops_put(old_fops);   
fail:   
    mutex_unlock(&misc_mtx);   
    unlock_kernel();   
    return err;   
}   

再来看看misc子系统对外提供的两个重要的API,misc_register,misc_deregister：

int misc_register(struct miscdevice * misc)   
{   
    struct miscdevice *c;   
    dev_t dev;   
    int err = 0;   
    /*初始化misc_list链表*/  
    INIT_LIST_HEAD(&misc->list);   
    mutex_lock(&misc_mtx);   
    /*遍历misc_list链表，看这个次设备号以前有没有被用过，如果次设备号已被占有则退出*/  
    list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {   
        if (c->minor == misc->minor) {   
            mutex_unlock(&misc_mtx);   
            return -EBUSY;   
        }   
    }   
    /*看是否是需要动态分配次设备号*/  
    if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {  
        /* 
         *#define DYNAMIC_MINORS 64 /* like dynamic majors */  
         *static unsigned char misc_minors[DYNAMIC_MINORS / 8];   
         *这里存在一个次设备号的位图，一共64位。下边是遍历每一位，  
         *如果这位为0，表示没有被占有，可以使用，为1表示被占用。         
         */  
        int i = DYNAMIC_MINORS;   
        while (--i >= 0)   
            if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)   
                break;   
        if (i<0) {   
            mutex_unlock(&misc_mtx);   
            return -EBUSY;   
        }   
        /*得到这个次设备号*/  
        misc->minor = i;                                           
    }   
    /*设置位图中相应位为1*/  
    if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS)   
        misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7);   
    /*计算出设备号*/  
    dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);   
    /*在/dev下创建设备节点，这就是有些驱动程序没有显式调用device_create，却出现了设备节点的原因*/  
    misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev, NULL,   
                      "%s", misc->name);   
    if (IS_ERR(misc->this_device)) {   
        err = PTR_ERR(misc->this_device);   
        goto out;   
    }   
   
    /*  
     * Add it to the front, so that later devices can "override"  
     * earlier defaults  
     */   
    /*将这个miscdevice添加到misc_list链表中*/  
    list_add(&misc->list, &misc_list);   
 out:   
    mutex_unlock(&misc_mtx);   
    return err;   
}   

这个是miscdevice的卸载函数：

int misc_deregister(struct miscdevice *misc)   
{   
    int i = misc->minor;   
   
    if (list_empty(&misc->list))   
        return -EINVAL;   
   
    mutex_lock(&misc_mtx);   
    /*在misc_list链表中删除miscdevice设备*/  
    list_del(&misc->list);     
    /*删除设备节点*/                            
    device_destroy(misc_class, MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor));             
    if (i < DYNAMIC_MINORS && i>0) {  
        /*释放位图相应位*/   
        misc_minors[i>>3] &= ~(1 << (misc->minor & 7));   
    }   
    mutex_unlock(&misc_mtx);   
    return 0;   
}   

总结一下miscdevice驱动的注册和卸载流程：

misc_register:

匹配次设备号->找到一个没有占用的次设备号(如果需要动态分配的话)->计算设号->创建设备文-

miscdevice结构体添加到misc_list链表中。

misc_deregister:

从mist_list中删除miscdevice->删除设备文件->位图位清零。