主设备号和次设备号

     Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件，完成对设备的操作，就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备，而次设备号用来区分同一类型的多个设备。对于常用设备，Linux有约定俗成的编号，如硬盘的主设备号是3。

     一个字符设备或者块设备都有一个主设备号和次设备号。主设备号和次设备号统称为设备号。主设备号用来表示一个特定的驱动程序。次设备号用来表示使用该驱动程序的各设备。例如一个嵌入式系统，有两个LED指示灯，LED灯需要独立的打开或者关闭。那么，可以写一个LED灯的字符设备驱动程序，可以将其主设备号注册成5号设备，次设备号分别为1和2。这里，次设备号就分别表示两个LED灯。

     设备文件通常都在 /dev 目录下。如：

如上，前面第一个字符为c 的表示字符设备。在字符设备里，有主设备号和次设备号。如上1，4，7 分别是主设备号，0，1，3，7，70，71都是次设备号。一般的，主设备号标识出与设备关联的设备驱动。如 /dev/null 和 /dev/full 由 1 号驱动来管理，/dev/vcs 和/dev/vcs1由 7 号驱动来管理，/dev/ttyS6 由 4 号驱动来管理。

现在的 Linux 内核允许多个驱动共享一个主设备号，但更多的设备都遵循一个驱动对一个主设备号的原则。

内核由次设备号确定当前所指向的是哪个设备。根据所编写的驱动程序，可以从内核那里得到一个直接指向设备的指针，或者使用次设备号作为一个设备本地数组的索引。但不论如何，内核自身几乎不知道次设备号的什么事情。

设备号的内部表示

在内核中，dev_t  类型( 在 <linux/types.h> 头文件有定义 ) 用来表示设备号，包括主设备号和次设备号两部分。对于 2.6.x 内核，dev_t 是个 32 位量，其中 12 位用来表示主设备号，20 位用来表示次设备号。
在 linux/types.h 头文件里定义有

typedef __kernel_dev_t          dev_t;

typedef __u32 __kernel_dev_t;

主设备号和次设备号的获取

为了写出可移植的驱动程序，不能假定主设备号和次设备号的位数。不同的机型中，主设备号和次设备号的位数可能是不同的。应该使用MAJOR宏得到主设备号，使用MINOR宏来得到次设备号。下面是两个宏的定义：（linux/kdev_t.h）

#define MINORBITS   20                                  /*次设备号*/  

#define MINORMASK   ((1U << MINORBITS) - 1)             /*次设备号掩码*/  

#define MAJOR(dev)  ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))   /*dev右移20位得到主设备号*/  

#define MINOR(dev)  ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))   /*与次设备掩码与，得到次设备号*/ 

MAJOR宏将dev_t向右移动20位，得到主设备号；MINOR宏将dev_t的高12位清零，得到次设备号。相反，可以将主设备号和次设备号转换为设备号类型（dev_t），使用宏MKDEV可以完成这个功能。

#define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))

MKDEV宏将主设备号（ma）左移20位，然后与次设备号（mi）相与，得到设备号

静态分配设备号

静态分配设备号，就是驱动程序开发者，静态地指定一个设备号。对于一部分常用的设备，内核开发者已经为其分配了设备号。这些设备号可以在内核源码documentation/ devices.txt文件中找到。如果只有开发者自己使用这些设备驱动程序，那么其可以选择一个尚未使用的设备号。在不添加新硬件的时候，这种方式不会产生设备号冲突。但是当添加新硬件时，则很可能造成设备号冲突，影响设备的使用。

动态分配设备号

由于静态分配设备号存在冲突的问题，所以内核社区建议开发者使用动态分配设备号的方法。动态分配设备号的函数是alloc_chrdev_region()。

查看设备号

当静态分配设备号时，需要查看系统中已经存在的设备号，从而决定使用哪个新设备号。可以读取/proc/devices文件获得设备的设备号。/proc/devices文件包含字符设备和块设备的设备号，如下所示：

[root@tom /]# cat /proc/devices /*cat命令查看/proc/devices文件的内容*/  

Character devices:                  /*字符设备*/  

   1 mem  

   4 /dev/vc/0  

   7 vcs  

   13 input  

   14 sound  

   21 sg  

Block devices:                      /*块设备*/  

   1 ramdisk  

   2 fd  

   8 sd  

   253 device-mapper  

   254 mdp 

申请和释放设备号

内核维护着一个特殊的数据结构，用来存放设备号与设备的关系。在安装设备时，应该给设备申请一个设备号，使系统可以明确设备对应的设备号。设备驱动程序中的很多功能，是通过设备号来操作设备的。下面，首先对申请设备号进行简述。

1．申请设备号

在构建字符设备之前，首先要向系统申请一个或者多个设备号。完成该工作的函数是register_chrdev_region()，该函数在<linux/fs.h>中定义：

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)；

其中，from是要分配的设备号范围的起始值。一般只提供from的主设备号，from的次设备号通常被设置成0。count是需要申请的连续设备号的个数。最后name是和该范围编号关联的设备名称，该名称不能超过64字节。

和大多数内核函数一样，register_chrdev_region()函数成功时返回0。错误时，返回一个负的错误码，并且不能为字符设备分配设备号。 

     在Linux中有非常多的字符设备，在人为的为字符设备分配设备号时，很可能发生冲突。Linux内核开发者一直在努力将设备号变为动态的。可以使用alloc_chrdev_region()函数达到这个目的。(linux/fs.h)

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)

在上面的函数中，dev作为输出参数，在函数成功返回后将保存已经分配的设备号。函数有可能申请一段连续的设备号，这是dev返回第一个设备号。baseminor表示要申请的第一个次设备号，其通常设为0。count和name与register_chrdev_region()函数的对应参数一样。count表示要申请的连续设备号个数，name表示设备的名字。

2．释放设备号

使用上面两种方式申请的设备号，都应该在不使用设备时，释放设备号。设备号的释放统一使用下面的函数:

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);  

在上面这个函数中，from表示要释放的设备号，count表示从from开始要释放的设备号个数。通常，在模块的卸载函数中调用unregister_chrdev_region()函数。

区分块设备的分区

块设备具有被称为分区的分配领域。例如，硬盘在物理上是一个设备，从内核的角度，硬盘被分为多个分区，而以这些分区为对象则形成了文件系统，此时，次设备号既表示设备，也表示分区。