字符设备 register_chrdev_region()、alloc_chrdev_re

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，它的定义如下：

  static struct char_device_struct {
      struct char_device_struct *next;    // 指向散列冲突链表中的下一个元素的指针
      unsigned int major;                 // 主设备号
      unsigned int baseminor;             // 起始次设备号
      int minorct;                        // 设备编号的范围大小
      char name[64];                      // 处理该设备编号范围内的设备驱动的名称
      struct file_operations *fops;       // 没有使用
      struct cdev *cdev;                  // 指向字符设备驱动程序描述符的指针
  } *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

注意，内核并不是为每一个字符设备编号定义一个 char_device_struct 结构，而是为一组对应同一个字符设备驱动的设备编号范围定义一个 char_device_struct 结构。chrdevs 散列表的大小是 255，散列算法是把每组字符设备编号范围的主设备号以 255 取模插入相应的散列桶中。同一个散列桶中的字符设备编号范围是按起始次设备号递增排序的。

注册
内核提供了三个函数来注册一组字符设备编号，这三个函数分别是 register_chrdev_region()、alloc_chrdev_region() 和 register_chrdev()。这三个函数都会调用一个共用的 __register_chrdev_region() 函数来注册一组设备编号范围（即一个 char_device_struct 结构）。

register_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count,char *name)
First :要分配的设备编号范围的初始值(次设备号常设为0);
Count:连续编号范围.
Name:编号相关联的设备名称. (/proc/devices);
动态分配:
Int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned int firstminor,unsigned int count,char *name);
Firstminor : 通常为0;
*dev:存放返回的设备号;
释放:
Void unregist_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count);
调用Documentation/devices.txt中能够找到已分配的设备号．

所以下面先来看一下 __register_chrdev_region() 函数的实现代码。

static struct char_device_struct * __register_chrdev_region(unsigned int major, unsigned int baseminor, int minorct, const char *name)
{
  struct char_device_struct *cd, **cp;
  int ret = 0;
  int i;

  cd = kzalloc(sizeof(struct char_device_struct), GFP_KERNEL);
  if (cd == NULL)
      return ERR_PTR(-ENOMEM);

  mutex_lock(&chrdevs_lock);

  if (major == 0) {
       for (i = ARRAY_SIZE(chrdevs)-1; i > 0; i–)
          if (chrdevs[i] == NULL)
              break;

      if (i == 0) {
          ret = -EBUSY;
          goto out;
      }
      major = i;
      ret = major;
  }

  cd->major = major;
  cd->baseminor = baseminor;
  cd->minorct = minorct;
  strncpy(cd->name,name, 64);

  i = major_to_index(major);

  for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
      if ((*cp)->major > major ||
           ((*cp)->major == major && ( ((*cp)->baseminor >= baseminor) || ((*cp)->baseminor + (*cp)->minorct > baseminor)) ))
          break;

 
  if (*cp && (*cp)->major == major) {
      int old_min = (*cp)->baseminor;
      int old_max = (*cp)->baseminor + (*cp)->minorct – 1;
      int new_min = baseminor;
      int new_max = baseminor + minorct – 1;

     
      if (new_max >= old_min && new_max <= old_max) {
          ret = -EBUSY;
          goto out;
      }

     
      if (new_min <= old_max && new_min >= old_min) {
          ret = -EBUSY;
          goto out;
      }
  }

  cd->next = *cp;
  *cp = cd;
  mutex_unlock(&chrdevs_lock);
  return cd;
out:
  mutex_unlock(&chrdevs_lock);
  kfree(cd);
  return ERR_PTR(ret);
}
函数 __register_chrdev_region() 主要执行以下步骤：
1. 分配一个新的 char_device_struct 结构，并用 0 填充。
2. 如果申请的设备编号范围的主设备号为 0，那么表示设备驱动程序请求动态分配一个主设备号。动态分配主设备号的原则是从散列表的最后一个桶向前寻找，那个桶是空的，主设备号就是相应散列桶的序号。所以动态分配的主设备号总是小于 256，如果每个桶都有字符设备编号了，那动态分配就会失败。
3. 根据参数设置 char_device_struct 结构中的初始设备号，范围大小及设备驱动名称。
4. 计算出主设备号所对应的散列桶，为新的 char_device_struct 结构寻找正确的位置。同时，如果设备编号范围有重复的话，则出错返回。
5. 将新的 char_device_struct 结构插入散列表中，并返回 char_device_struct 结构的地址。

分析完 __register_chrdev_region() 后，我们来一个个看那三个注册函数。首先是 register_chrdev_region()。

register_chrdev_region() 函数用于分配指定的设备编号范围。如果申请的设备编号范围跨越了主设备号，它会把分配范围内的编号按主设备号分割成较小的子范围，并在每个子范围上调用 __register_chrdev_region() 。如果其中有一次分配失败的话，那会把之前成功分配的都全部退回。

alloc_chrdev_region() 函数用于动态申请设备编号范围，这个函数好像并没有检查范围过大的情况，不过动态分配总是找个空的散列桶，所以问题也不大。通过指针参数返回实际获得的起始设备编号。

最后一个 register_chrdev() 是一个老式分配设备编号范围的函数。它分配一个单独主设备号和 0 ~ 255 的次设备号范围。如果申请的主设备号为 0 则动态分配一个。该函数还需传入一个 file_operations 结构的指针，函数内部自动分配了一个新的 cdev 结构。关于这些，在后续讲字符设备驱动的注册时会说明。

注销
和注册分配字符设备编号范围类似，内核提供了两个注销字符设备编号范围的函数，分别是 unregister_chrdev_region() 和 unregister_chrdev() 。它们都调用了 __unregister_chrdev_region() 函数。