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外观

05、创建设备节点实验 ​

在Linux系统中，所有硬件设备都会被当作文件来管理。这些设备对应的特殊文件叫做设备节点，都存放在/dev文件夹里。它们的作用就像桥梁：一边连接着系统内部识别的硬件设备，另一边让应用程序能像操作普通文件一样读写设备数据。这样程序就能通过访问这些特殊文件，间接控制硬件完成操作。

一、SYSFS 文件系统 ​

从Linux 2.6版本开始，内核引入了一个叫sysfs的系统，它默认挂载在/sys目录下。这其实是一个存在内存里的文件系统，和/proc类似。它的主要作用是让内核和应用程序能方便地交换信息。

内核会通过sysfs把一些内部参数"暴露"出来。每个被暴露的参数在/sys目录里都会对应一个文件，这个文件里直接保存着参数的当前值。比如，当某个硬件驱动要显示自己的设备号时，sysfs里就会自动生成一个对应的文件（比如uevent），文件内容就是这个设备号的值。

简单来说，sysfs就像一个"翻译器"：内核把参数变成文件格式，用户程序则能像读普通文件一样直接获取这些参数，操作起来非常方便。

二、自动创建设备文件的工具 ​

1. devtmpfs   这是Linux系统启动时自动创建设备文件的工具。开机时，系统会把devtmpfs挂载到/dev目录下，自动生成所有硬件设备对应的设备文件（比如键盘、鼠标、硬盘等）。这些文件让软件能和硬件正常通信。

2. udev   udev是设备管理的"智能管家"。系统运行时，只要硬件插入（比如U盘）或拔出，udev就会收到通知，自动创建/删除对应的设备文件。它还能执行用户写的脚本，比如插U盘后自动备份文件，或者给设备改个更容易识别的名字。

3. mdev   mdev是轻量级的设备管理工具（常用于嵌入式设备）。它在系统启动时创建设备文件，也能在硬件插拔时执行用户脚本。相比udev，它更简单、占用资源少，但功能有限（比如不支持复杂规则或网络设备管理）。

总结区别

  • devtmpfs：开机时快速生成基础设备文件，由内核直接管理。
  • udev：功能强大，实时管理硬件变化，适合复杂系统。
  • mdev：轻量简单，适合资源有限的设备（如路由器），但功能较少。

三、手动创建设备节点 ​

使用 mknod 命令手动创建设备节点的语法如下：

bash
mknod 设备名称 类型 主编号 次编号

参数说明：

  • 设备名称：你想创建的节点文件名（如 /dev/device_test）
  • 类型：用 b（块设备）、c（字符设备）或 p（管道）表示设备类型
  • 主编号：设备的主识别号
  • 次编号：设备的次级识别号

例如：

bash
mknod /dev/device_test c 511 0

这条命令会创建一个名为 device_test 的字符设备节点（c 表示字符设备），它关联到主编号 511 和次编号 0 的硬件设备。

简单来说，就是通过命令告诉系统：  "在 /dev/ 目录下新建一个设备文件，类型是字符设备，对应硬件的主编号是511，次编号是0"。

四、自动创建设备节点 ​

设备文件的自动创建主要由udev或mdev机制完成，系统通常会自动处理。

udev的工作方式是：随时关注硬件变化，一旦检测到硬件插入、移除或状态变化，就自动在系统中创建或删除对应的设备文件。

具体过程分两步：

  1. 驱动程序先在系统中注册设备类别（这会在/sys/class文件夹里生成一个类别标识）
  2. 接着驱动程序创建具体设备信息。当驱动加载时，udev会立刻感知到这个动作。

根据已注册的类别信息，udev会自动在/dev目录下生成对应的设备文件，比如/dev/sda这样的设备访问入口。整个过程就像系统自动给新硬件配发"身份证"一样，方便程序直接使用。

4.1、创建类 ​

①class_create**(…)**函数

include/linux/device/class.h

图 0

该函数用于在Linux内核中动态创建设备类，并初始化部分字段后添加到系统中。参数说明：

  • owner：指向模块的指针（struct module类型），表示该设备类所属的模块，通常填THIS_MODULE。
  • name：设备类的名称字符串（如"my_device"）。

函数返回创建的设备类结构体指针（struct class*）。

② class_destroy**(...)**函数

图 1

该函数用于在Linux内核中注销创建设备类，并初始化部分字段后添加到系统中。参数说明：

  • owner：指向模块的指针（struct module类型），表示该设备类所属的模块，通常填THIS_MODULE。

4.2、创建设备 ​

③ device_create**(...)**函数

C
device_create(struct class *cls, struct device *parent, dev_t devt,
              void *drvdata, const char *fmt, ...);

函数作用:

用来在 class 类中下创建一个设备属性文件，udev 会自动识别从而进行设备节点的创建

参数含义:

  • cls:指定所要创建的设备所从属的类。
  • parent:指定该设备的父设备，如果没有就指定为 NULL。
  • devt:指定创建设备的设备号。
  • drvdata:被添加到该设备回调的数据，没有则指定为 NULL。
  • fmt:添加到系统的设备节点名称。

返回值:

  • structdevice*类型结构体

④ **device_destroy(...)**函数

C
void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt);

函数作用:

用来删除 class 类中的设备属性文件，udev 会自动识别从而进行设备节点的删除。

参数含义:

  • cls:指定所要创建的设备所从属的类。
  • devt:指定创建设备的设备号。

**返回值:**无

五、实验代码 ​

C
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/cdev.h>

static dev_t dev_num;//定义dev_t类型变量dev_num来表示设备号
static struct cdev cdev_test;//定义struct cdev 类型结构体变量cdev_test，表示要注册的字符设备
static struct file_operations cdev_fops_test = {
    .owner = THIS_MODULE,//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
};//定义file_operations结构体类型的变量cdev_test_ops
static struct class *class_test;//定于struct class *类型结构体变量class_test，表示要创建的类

static int __init chrdev_fops_init(void)//驱动入口函数
{
    int ret;//定义int类型的变量ret，用来对函数返回值进行判断
    int major,minor;//定义int类型的主设备号major和次设备号minor
    ret = alloc_chrdev_region(&dev_num,0,1,"chrdev_name");//自动获取设备号，设备名chrdev_name
    if (ret  < 0){
        printk("alloc_chrdev_region is error \n");
    }
    printk("alloc_chrdev_region is ok \n");
    major = MAJOR(dev_num);//使用MAJOR()函数获取主设备号
    minor = MINOR(dev_num);//使用MINOR()函数获取次设备号
    printk("major is %d\n",major);
    printk("minor is %d\n",minor);
    cdev_init(&cdev_test,&cdev_fops_test);//使用cdev_init()函数初始化cdev_test结构体，并链接到cdev_test_ops结构体
    cdev_test.owner = THIS_MODULE;//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
    ret = cdev_add(&cdev_test,dev_num,1); //使用cdev_add()函数进行字符设备的添加
    if (ret < 0){
         printk("cdev_add is error \n");
    }
    printk("cdev_add is ok \n");
    class_test  = class_create(THIS_MODULE,"class_test");//使用class_create进行类的创建，类名称为class_test
    device_create(class_test,NULL,dev_num,NULL,"device_test");//使用device_create进行设备的创建，设备名称为device_test
    return 0;
}

static void __exit chrdev_fops_exit(void)//驱动出口函数
{
    cdev_del(&cdev_test);//删除添加的字符设备cdev_test
    unregister_chrdev_region(dev_num,1);//释放字符设备所申请的设备号
    device_destroy(class_test,dev_num);//删除创建的设备
    class_destroy(class_test);//删除创建的类
    printk("module exit \n");
}

module_init(chrdev_fops_init);//注册入口函数
module_exit(chrdev_fops_exit);//注册出口函数
MODULE_LICENSE("GPL v2");//同意GPL开源协议

六、实验运行结果 ​

图 2