register_chrdev_region函数源码分析
来源:互联网 发布:帝国时代3德国打法知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/06/04 04:32
如何找到一个有效的切入点去深入分析内核源码,这是一个令人深思的问题。本文以前文中未详细说明的函数为切入点,深入分析char_dev.c文件的代码。如果你已经拥有了C语言基础和一些数据结构基础,那么还等什么?Let’s go!
在《字符设备驱动分析》一文中,我们说到register_chrdev_region函数的功能是在已知起始设备号的情况下去申请一组连续的设备号。不过大部分驱动书籍都没有去深入说明此函数,可能是因为这个函数内部封装了__register_chrdev_region(unsigned int major, unsigned int baseminor, int minorct, const char *name)函数的原因。不过我们不用苦恼,这正好促使我们去分析这个函数。
01
194int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count,
const
char
*name)
02
195{
03
196
struct
char_device_struct *cd;
04
197 dev_t to = from + count;
05
198 dev_t n, next;
06
199
07
200
for
(n = from; n <\ to; n = next) {
08
201 next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
09
202
if
(next >\ to)
10
203 next = to;
11
204 cd = __register_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n),
12
205 next - n, name);
13
206
if
(IS_ERR(cd))
14
207
goto
fail;
15
208 }
16
209
return
0;
17
210fail:
18
211 to = n;
19
212
for
(n = from; n <\ to; n = next) {
20
213 next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
21
214 kfree(__unregister_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n), next - n));
22
215 }
23
216
return
PTR_ERR(cd);
24
217}
首先值得我们注意的是,这个函数每次分配的是一组设备编号。其中from参数是这组连续设备号的起始设备号,count是这组设备号的大小(也是次设备号的个数),name参数处理本组设备的驱动名称。另外,当次设备号数目过多(count过多)的时候,次设备号可能会溢出到下一个主设备。因此我们在for语句中可以看到,首先得到下一个主设备号(其实也是一个设备号,只不过此时的次设备号为0)并存储于next中。然后判断在from的基础上再追加count个设备是否已经溢出到下一个主设备号。如果没有溢出(next小于to),那么整个for语句就只执行个一次__register_chrdev_region函数;否则当设备号溢出时,会把当前溢出的设备号范围划分为几个小范围,分别调用__register_chrdev_region函数。
如果在某个小范围调用__register_chrdev_region时出现了失败,那么会将此前分配的设备号都释放。
其实register_chrdev_region函数还没有完全说清除设备号分配的具体过程,因为具体某个小范围的设备号是由__register_chrdev_region函数来完成的。可能你已经注意到在register_chrdev_region函数源码中出现了struct char_device_struct结构,我们首先来看这个结构体:
1
50static
struct
char_device_struct {
2
51
struct
char_device_struct *next;
3
52 unsigned
int
major;
4
53 unsigned
int
baseminor;
5
54
int
minorct;
6
55
char
name[64];
7
56
struct
cdev *cdev;
/* will die */
8
57} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];
在register_chrdev_region函数中,在每个字符设备号的小范围上调用__register_chrdev_region函数,都会返回一个struct char_device_struct类型的指针。因此我们可以得知,struct char_device_struct类型对应的并不是每一个字符设备,而是具有连续设备号的一组字符设备。从这个结构体内部的字段也可以看出,这组连续的设备号的主设备号为major,次设备号起始为baseminor,次设备号范围为minorct,这组设备号对应的设备驱动名称为name,cdev为指向这个字符设备驱动的指针。
这里要特别说明的是,内核中所有已分配的字符设备编号都记录在一个名为chrdevs散列表里。该散列表中的每一个元素是一个 char_device_struct结构,这个散列表的大小为255(CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE),这是因为系统屏蔽了12位主设备号的前四位。既然说到散列表,那么肯定会出现冲突现象,因此next字段就是冲突链表中的下一个元素的指针。
接下来我们详细来析__register_chrdev_region函数。首先为cd变量分配内存并用零来填充(这就是用kzalloc而不是kmalloc的原因)。接着通过P操作使得后续要执行的语句均处于临界区。
01
92static
struct
char_device_struct *
02
93__register_chrdev_region(unsigned
int
major, unsigned
int
baseminor,
03
94
int
minorct,
const
char
*name)
04
95{
05
96
struct
char_device_struct *cd, **cp;
06
97
int
ret = 0;
07
98
int
i;
08
99
09
100 cd = kzalloc(
sizeof
(
struct
char_device_struct), GFP_KERNEL);
10
101
if
(cd == NULL)
11
102
return
ERR_PTR(-ENOMEM);
12
103
13
104 mutex_lock(&chrdevs_lock);
如果major为0,也就是未指定一个具体的主设备号,需要动态分配。那么接下来的if语句就在整个散列表中为这组设备寻找合适的位置,即从散列表的末尾开始寻找chrdevs[i]为空的情况。若找到后,那么i不仅代表这组设备的主设备号,也代表其在散列表中的关键字。当然,如果主设备号实现已指定,那么可不去理会这部分代码。
01
105
02
106
/* temporary */
03
107
if
(major == 0) {
04
108
for
(i = ARRAY_SIZE(chrdevs)-1; i > 0; i--) {
05
109
if
(chrdevs[i] == NULL)
06
110
break
;
07
111 }
08
112
09
113
if
(i == 0) {
10
114 ret = -EBUSY;
11
115
goto
out;
12
116 }
13
117 major = i;
14
118 ret = major;
15
119 }
接着对将参数中的值依次赋给cd变量的对应字段。当主设备号非零,即事先已知的话,那么还要通过major_to_index函数对其进行除模255运算,因此整个散列表关键字的范围是0~254。
1
120
2
121 cd->major = major;
3
122 cd->baseminor = baseminor;
4
123 cd->minorct = minorct;
5
124 strlcpy(cd->name, name,
sizeof
(cd->name));
6
125
7
126 i = major_to_index(major);
至此,我们通过上面的代码会得到一个有效的主设备号(如果可以继续执行下面代码的话),那么接下来还不能继续分配。正如你所知的那样,散列表中的冲突是在所难免的。因此我们得到major的值后,我们要去便利冲突链表,为当前我们所述的char_device_struct类型的变量cd去寻找正确的位置。更重要的是,我们要检查当前的次设备号范围,即baseminor~baseminor+minorct,是否和之前的已分配的次设备号(前提是major相同)范围有重叠。
下面的for循环就是在冲突链表中查找何时的位置,当出现以下三种情况时,for语句会停止。
(1)如果冲突表中正被遍历的结点的主设备号(*(cp)->major)大于我们所分配的主设备号(major),那么就可以跳出for语句,不再继续查找。此时应该说设备号分配成功了,那么cd结点只需等待被插到冲突链表当中(*cp节点之前)。
(2)如果(*cp)结点和cd结点的主设备号相同,但是前者的次设备号起点比cd结点的大,那么跳出for语句,等待下一步的范围重叠的检测。
(3)如果(*cp)结点和cd结点的主设备号相同,但是cd结点的次设备号起点小于(*cp)结点的次设备号的终点,那么会跳出for语句。此时很可能两个范围的次设备号发生了重叠。
由上面的分析可以看出,冲突表中是按照设备号递增的顺序排列的。
1
127
2
128
for
(cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
3
129
if
((*cp)->major > major ||
4
130 ((*cp)->major == major &&
5
131 (((*cp)->baseminor >= baseminor) ||
6
132 ((*cp)->baseminor + (*cp)->minorct > baseminor))))
7
133
break
;
接下来检测当主设备号相同时,次设备范围是否发生了重叠。首先依次计算出新老次设备号的范围,接着进行范围判断。第一个判断语句是检测新范围的终点是否在老范围的之间;第二个判断语句是检测新范围的起点是否在老范围之间。
01
134
02
135
/* Check for overlapping minor ranges. */
03
136
if
(*cp && (*cp)->major == major) {
04
137
int
old_min = (*cp)->baseminor;
05
138
int
old_max = (*cp)->baseminor + (*cp)->minorct - 1;
06
139
int
new_min = baseminor;
07
140
int
new_max = baseminor + minorct - 1;
08
141
09
142
/* New driver overlaps from the left. */
10
143
if
(new_max >= old_min && new_max <= old_max) {
11
144 ret = -EBUSY;
12
145
goto
out;
13
146 }
14
147
15
148
/* New driver overlaps from the right. */
16
149
if
(new_min <= old_max && new_min >= old_min) {
17
150 ret = -EBUSY;
18
151
goto
out;
19
152 }
20
153 }
当一切都正常后,就将char_device_struct描述符插入到中途链表中。至此,一次小范围的设备号分配成功。并且此时离开临界区,进行V操作。如果上述过程中有任何失败,则会跳转到out处,返回错误信息。
01
154
02
155 cd->next = *cp;
03
156 *cp = cd;
04
157 mutex_unlock(&chrdevs_lock);
05
158
return
cd;
06
159out:
07
160 mutex_unlock(&chrdevs_lock);
08
161 kfree(cd);
09
162
return
ERR_PTR(ret);
10
163}
至此,我们已经分析完了字符设备号分配函数。
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