原创 linux设备号之操作

作者：李强,华清远见嵌入式学院讲师。

在Linux设备驱动中，设备号设一个很重要的概念和变量。不论是主设备号，还是次设备号，在设备驱动中都占据了很重要的地位。那么他在Kernel中是如何操作的？这个数据结构都是通过那些函数可以很容易的在我们写Linux设备驱动模块时被我们所使用呢？

在include/linux/type.h文件中我们能看到一个关于dev_t的定义如下：
        ...
        typedef __u32 __kernel_dev_t;

typedef __kernel_fd_set fd_set;
        typedef __kernel_dev_t dev_t;
        ...

从这个定义中我们能看到dev_t是一个无符号的32位的整型。

首先我们需要说明的是，在linux中主次设备号是放置在一个无符号的32位的整型中，那么这32位整型对于主次设备号如何分配呢？

从源代码中我们可以看到，主设备号占据12个位，次设备好占据20位。这在一定的时期内，主次设备号是完全可以满足系统需要的。

同时在include/linux/kdev_t.h文件中我们能发现很多函数或者宏定义的操作都是针对dev_t的。

具体可以看到我们经常用到的MAJOR(dev)、MINOR(dev)、MKDEV(ma,mi)。

下面我们就具体分析下这三个我们经常用到的宏定义：

#define MINORBITS 20
        #define MINORMASK ((1U << MINORBITS) - 1)

#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))

从这个宏定义中我们可以看到其把无符号的32位的整型做位操作运算：右移20位。

在C语言中如果是右移，那么左边补0，这样在这32位的整型中通过这个操作就只保留了原先第19位到31位的有效值，而这也正是我们所需要的。

下面我们看下MINOR这个宏定义：

#define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))

要明白这个宏定义的具体是多少，我们需要首先明白宏定义MINORMASK是什么？

我们从前面的宏定义中，我们看到：

#define MINORMASK ((1U << MINORBITS) - 1)

MINORMASK 是1U也就是1左移位20个字节，二进制的话就是10000000000000000000，也就是1后面带20个0。

然后在减1呢，就成了二进制11111111111111111111，也就是20个1，十六进制的话是0xFFFFF。

好现在我们知道MINORMASK是20个1，也就是十六进制0xFFFFF，那么我们在与dev_t做一个位的与运算，就把32位中的前12为置0，保留其后面的20位，也正是我们想要的表是设备次设备号的后20个字节。

好下面我们看下如果我们知道了主设备号、次设备号，我们如何生成一个dev_t的数据结构。

宏定义：
        #define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))

明白了前面我们所说的，其实这个就比较简单了，把主设备号左移20位，然后与上次设备号，就是我们所需要的dev_t的数据结构。

那么我们前面所说的关于dev_t的操作是新的2.6.x系列中的，在之前的2.4.x系列中，由于对设备号的总共就16个字节，也就是一个短整型，那么一个系统中所能拥有的设备号就是及其有限的了。

我们看下在老版本中的内核中他们的表示：

#define MAJOR(dev) ((dev)>>8)
        #define MINOR(dev) ((dev) & 0xff)
        #define MKDEV(ma,mi) ((ma)<<8 | (mi))

从中我们可以看出，他是以8为为分界线，高8位为主设备号，低8位为次设备号，那么一个8位所能表示的最多也即是255个数值，那么当我们系统中如果拥有的设备大于这个数值的时候，在老版本的内核中就没有办法处理了。

在内核实现中还实现了两个打印的函数，其实也是宏定义：
        #define print_dev_t(buffer, dev)                        \
        sprintf((buffer), "%u:%u\n", MAJOR(dev), MINOR(dev))

#define format_dev_t(buffer, dev)                        \
        ({                                                                                \
                sprintf(buffer, "%u:%u", MAJOR(dev), MINOR(dev));        \
                buffer;                                        \
        })

从代码中我们可以看出。

第一就是把设备的主设备号和次设备号以字符串的形式存放到buffer中，在使用这个宏定义的时候需要注意的是：

buffer需要提前开辟空间，而且还需要是够用的空间。

第二所实现的功能和第一个很类似。这儿我们就不具体说明，请参考第一个宏定义的实现。

在这个文件中还有很多的函数，这些函数的主要功能就是和老版本的内核代码兼容而产生的，比如：

static inline int old_valid_dev(dev_t dev)
        {
                return MAJOR(dev) < 256 && MINOR(dev) < 256;
        }

此函数是判断一个dev_t是否可以转换成旧制的dev_t。

static inline u16 old_encode_dev(dev_t dev)
        {
                return (MAJOR(dev) << 8) | MINOR(dev);
        }

把32位的设备号转换成16位的旧制的设备号。

其中主要操作为：首先把主设备号左移8位，为次设备好空出8位的位置，然后与上次设备号。

在使用这个函数的时候需要注意的就是需要首先判断下32位的设备号是否可以有效的转换成16位的设备号。

static inline dev_t old_decode_dev(u16 val)
        {
                return MKDEV((val >> 8) & 255, val & 255);
        }

上面函数的反操作。

主设备号右移8位，然后与上255，即8个1。也就是取此变量的低8位，

次设备号与上255，也是取此变量的低8位即可。

static inline u32 new_encode_dev(dev_t dev)
        {
                unsigned major = MAJOR(dev);
                unsigned minor = MINOR(dev);
                return (minor & 0xff) | (major << 8) | ((minor & ~0xff) << 12);
                              ^^^^^^^^^^^^^
                        次设备号取其低8位 ^^^^^^^^^^^^^^
                                                        主设备号左移8位。
                                                                                        ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
                                                                                        次设备号低8位清零，左移12位。
        }

static inline dev_t new_decode_dev(u32 dev)
        {
                unsigned major = (dev & 0xfff00) >> 8;
                unsigned minor = (dev & 0xff) | ((dev >> 12) & 0xfff00);
                return MKDEV(major, minor);
        }

次函数比较简单，再次就不多说了，请参考前面的实现。