4、设备号管理：主设备号与次设备号、静态申请与动态分配、查看已注册设备号

设备号，说白了就是内核给每个字符设备发的「身份证」。没有这个号，应用程序根本找不到你的设备。我刚开始写驱动时，觉得设备号就是个数字嘛，随便填一个就行。结果呢？跟别人冲突了，设备死活打不开。嗯，从那以后我再也不敢小看设备号管理了。

4.1 主设备号与次设备号：一对搭档

Linux 用 dev_t 类型来表示设备号。这个类型其实是个 32 位的整数，高 12 位是主设备号，低 20 位是次设备号。

  • 主设备号：标识设备对应的驱动程序。说白了，就是告诉内核「这个设备归哪个驱动管」。
  • 次设备号：标识同一个驱动下的不同设备实例。比如你插了两个 USB 转串口，主设备号相同，次设备号不同。

我见过不少新手，以为次设备号没用，随便填 0。其实不然。我记得有个项目，需要在同一个驱动里管理 8 个传感器，每个传感器对应一个次设备号。这样应用程序打开 /dev/sensor0 到 /dev/sensor7，驱动根据次设备号就知道操作哪个硬件。

核心数据结构：

typedef __u32 __kernel_dev_t;
typedef __kernel_dev_t dev_t;

// 主设备号：高12位
#define MAJOR(dev)  ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
// 次设备号：低20位
#define MINOR(dev)  ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))
// 合成设备号
#define MKDEV(ma, mi)  (((ma) << MINORBITS) | (mi))

你想想看，主设备号一共就 12 位，也就是 0~4095。其中 0 和 4095 是保留的，实际可用的主设备号范围是 1~4094。内核社区有个文档叫 Documentation/admin-guide/devices.txt，里面记录了哪些主设备号已经被分配了。

4.2 静态申请：老派但可控

静态申请，就是你自己指定一个主设备号，然后告诉内核：「我要用这个号，你别给别人。」

函数原型很简单：

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);
  • from：起始设备号，用 MKDEV(主, 次) 生成
  • count：要申请的连续设备号个数
  • name：设备名称，会在 /proc/devices 里显示

举个例子：

dev_t dev_num;
int ret;

dev_num = MKDEV(240, 0);  // 主设备号240，起始次设备号0
ret = register_chrdev_region(dev_num, 4, "my_driver");
if (ret < 0) {
    printk("设备号申请失败！\n");
    return ret;
}
// 成功申请了 240,0 ~ 240,3 四个设备号

注意：静态申请最大的坑就是「撞号」。我曾经在一个项目里用了 240 这个主设备号，结果客户的内核里有个第三方驱动也用了 240。加载模块时直接报错，查了半天才发现是设备号冲突。所以，除非你确定这个号没人用，否则别用静态申请。

什么时候适合静态申请？我个人习惯是在以下场景用：

  • 设备号已经在内核社区注册了（比如你写的是标准驱动）
  • 嵌入式设备，你知道整个系统里没有其他驱动用这个号
  • 教学或实验环境，图省事

4.3 动态分配：现代驱动的首选

动态分配，就是让内核帮你挑一个空闲的主设备号。你只管说「我要几个设备号」，内核给你分配好了告诉你。

函数原型：

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name);
  • dev：输出参数，分配到的起始设备号
  • baseminor：起始次设备号，一般填 0
  • count：要申请的个数
  • name：设备名称

代码示例：

dev_t dev_num;
int ret;

ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 4, "my_driver");
if (ret < 0) {
    printk("动态分配设备号失败\n");
    return ret;
}
printk("分配到的设备号：主=%d, 次=%d\n", 
       MAJOR(dev_num), MINOR(dev_num));

我的建议：现在写新驱动，99% 的情况都用动态分配。内核会从 234 开始往上分配主设备号，基本不会冲突。而且用户空间可以通过 /sys/class/... 或者 udev 规则自动创建设备节点，根本不需要关心主设备号是多少。

动态分配的好处很明显：

  • 避免冲突，内核帮你管理
  • 代码可移植性好，换个内核也不用改
  • 配合 udev/mdev 自动创建设备节点，用户体验好

4.4 查看已注册设备号

怎么知道当前系统里哪些设备号已经被占用了？两个地方可以看：

1. /proc/devices

这个文件列出了所有已注册的字符设备和块设备的主设备号：

$ cat /proc/devices
Character devices:
  1 mem
  4 /dev/vc/0
  4 tty
  4 ttyS
  5 /dev/tty
  5 /dev/console
  5 /dev/ptmx
 10 misc
 13 input
 29 fb
 89 i2c
 90 mtd
116 alsa
128 ptm
136 pts
180 usb
189 usb_device
...
Block devices:
  8 sd
  9 md
 11 sr
 65 sd
 66 sd
...

2. /sys/class/... 下的设备信息

如果你知道设备属于哪个 class，可以看 sysfs：

$ ls -l /sys/class/misc/device_name/dev
crw-rw-rw- 1 root root 10, 50 12月 12 10:00 /sys/class/misc/device_name/dev

这里 10 是主设备号，50 是次设备号。

调试小技巧：我经常在驱动初始化时加一行打印：

printk("设备号注册成功：%d:%d\n", MAJOR(dev_num), MINOR(dev_num));

然后用 dmesg | tail 查看。这样不用去翻 /proc/devices，直接就知道分配到了哪个号。

4.5 释放设备号

有申请就有释放。模块卸载时，一定要把设备号还回去：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

示例：

static int __init my_init(void)
{
    // 动态分配
    alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, "my_dev");
    // ... 其他初始化
    return 0;
}

static void __exit my_exit(void)
{
    // 释放设备号
    unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
    // ... 其他清理
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

我曾经踩过的坑：有一次写驱动，忘了释放设备号。模块卸载后重新加载，发现设备号被占用了，alloc_chrdev_region 返回 -EBUSY。查了半天才发现是上次卸载时没调用 unregister_chrdev_region。所以，一定要在 exit 函数里释放设备号，这是基本功。

4.6 知识体系图

下面这张图总结了设备号管理的核心流程：

设备号管理核心流程 设备号 dev_t (32位) 主设备号(12位) | 次设备号(20位) 选择方式 静态申请 register_chrdev_region() 动态分配 alloc_chrdev_region() 设备号注册成功 查看方式：/proc/devices | /sys/class/.../dev 卸载时释放：unregister_chrdev_region()

4.7 总结一下

设备号管理其实就三件事：

  1. 理解主次设备号：主设备号找驱动，次设备号找设备实例
  2. 选择申请方式：新驱动用动态分配，特殊场景用静态
  3. 记得释放：有借有还，再借不难

我个人习惯是：所有新写的驱动都用 alloc_chrdev_region 动态分配。只有在给 legacy 硬件写驱动，或者需要固定设备号做兼容时，才用静态申请。你想想看，内核社区那么多驱动，动态分配能避免 99% 的冲突问题，何乐而不为呢？

最后一个小建议：写驱动时，把设备号相关的操作封装成函数。比如 mydev_alloc_chrdev() 和 mydev_free_chrdev()。这样代码清晰，也方便复用。我早期写的驱动都是散落在 init 和 exit 函数里，后来维护起来特别痛苦。封装一下，清爽多了。

可可精品资料库

← 上一章 📖 返回目录 下一章 →