一、什么是Linux設備文件系統

? ? ? 首先我們不看定義，定義總是太抽象很難理解，我們先看現象。當我們往開發板上移植了一個新的文件系統之后（假如各種設備驅動也移植好了），啟動開發板，我們用串口工具進入開發板，查看系統/dev目錄，往往里面沒有或者就只有null、console等幾個系統必須的設備文件在這兒外，沒有任何設備文件了。那我們移植好的各種設備驅動的設備文件怎么沒有啊？如果要使用這些設備，那不是要一個一個的去手動的創建這些設備的設備文件節點，這給我們使用設備帶來了極為的不便（在之前篇幅中講的各種設備驅動的移植都是這樣）。

? ? ? 設備文件系統就是給我們解決這一問題的關鍵，他能夠在系統設備初始化時動態的在/dev目錄下創建好各種設備的設備文件節點（也就是說，系統啟動后/dev目錄下就有了各種設備的設備文件，直接就可使用了）。除此之外，他還可以在設備卸載后自動的刪除/dev下對應的設備文件節點（這對于一些熱插拔設備很有用，插上的時候自動創建，拔掉的時候又自動刪除）。還有一個好處就是，在我們編寫設備驅動的時候，不必再去為設備指定主設備號，在設備注冊時用0來動態的獲取可用的主設備號，然后在驅動中來實現創建和銷毀設備文件（一般在驅動模塊加載和卸載函數中來實現）。

二、關于udev

? ? ? ?2.4 內核使用devfs（設備文件系統）在設備初始化時創建設備文件，設備驅動程序可以指定設備號、所有者、用戶空間等信息，devfs 運行在內核環境中，并有不少缺點：可能出現主/輔設備號不夠，命名不靈活，不能指定設備名稱等問題。

? ? ? 而自2.6 內核開始，引入了sysfs 文件系統。sysfs 把連接在系統上的設備和總線組織成一個分級的文件，并提供給用戶空間存取使用。udev 運行在用戶模式，而非內核中。udev 的初始化腳本在系統啟動時創建設備節點，并且當插入新設備——加入驅動模塊——在sysfs上注冊新的數據后，udev會創新新的設備節點。

? ? ?udev 是一個工作在用戶空間的工具，它能根據系統中硬件設備的狀態動態的更新設備文件，包括設備文件的創建，刪除，權限等。這些文件通常都定義在/dev 目錄下，但也可以在配置文件中指定。udev 必須內核中的sysfs和tmpfs支持，sysfs 為udev 提供設備入口和uevent 通道，tmpfs 為udev 設備文件提供存放空間。

? ? 注意，udev 是通過對內核產生的設備文件修改，或增加別名的方式來達到自定義設備文件的目的。但是，udev 是用戶模式程序，其不會更改內核行為。也就是說，內核仍然會創建sda，sdb等設備文件，而udev可根據設備的唯一信息來區分不同的設備，并產生新的設備文件（或鏈接）。而在用戶的應用中，只要使用新產生的設備文件即可。

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三、udev和devfs設備文件的對比

? ? ? ?提到udev，不能不提的就是devfs，下面看一下udev 與 devfs 的區別：

1、udev能夠實現所有devfs實現的功能。但udev運行在用戶模式中，而devfs運行在內核中。

2、當一個并不存在的 /dev 節點被打開的時候， devfs一樣自動加載驅動程序而udev確不能。udev設計時，是在設備被發現的時候加載模塊，而不是當它被訪問的時候。?devfs這個功能對于一個配置正確的計算機是多余的。系統中所有的設備都應該產生hotplug 事件、加載恰當的驅動，而 udev 將會注意到這點并且為它創建對應的設備節點。如果你不想讓所有的設備驅動停留在內存之中，應該使用其它東西來?管理你的模塊 (如腳本, modules.conf, 等等) 。其中devfs 用的方法導致了大量無用的 modprobe 嘗試，以此程序探測設備是否存在。每個試探性探測都新建一個運行 modprobe 的進程，而幾乎所有這些都是無用的

3、udev是通過對內核產生的設備名增加別名的方式來達到上述目的的。前面說過，udev是用戶模式程序，不會更改內核的行為。

? ? ? ?因此，內核依然會我行我素地產生設備名如sda,sdb等。但是，udev可以根據設備的其他信息如總線（bus），生產商（vendor）等不同來區分不同的設備，并產生設備文件。udev只要為這個設備文件取一個固定的文件名就可以解決這個問題。在后續對設備的操作中，只要引用新的設備名就可以了。但為了保證最大限度的兼容，一般來說，
新設備名總是作為一個對內核自動產生的設備名的符號鏈接（link）來使用的。

? ? ?例如：內核產生了sda設備名，而根據信息，這個設備對應于是我的內置硬盤，那我就可以制定udev規則，讓udev除了產生/dev/sda設備文件 外，另外創建一個符號鏈接叫/dev/internalHD。這樣，我在fstab文件中，就可以用/dev/internalHD來代替原來的 /dev/sda了。下次，由于某些原因，這個硬盤在內核中變成了sdb設備名了，那也不用著急，udev還會自動產生/dev/internalHD這 個鏈接，并指向正確的/dev/sdb設備。所有其他的文件像fstab等都不用修改。

? ? 而在在2.6內核以前一直使用的是 devfs，devfs掛載于/dev目錄下，提供了一種類似于文件的方法來管理位于/dev目錄下的所有設備，但是devfs文件系統有一些缺點，例 如：不確定的設備映射，有時一個設備映射的設備文件可能不同，例如我的U盤可能對應sda有可能對應sdb 。

四、udev 的工作流程圖

? ? ? ?下面先看一張流程圖：

? ? ? ? 前面提到設備文件系統udev的工作過程依賴于sysfs文件系統。udev文件系統在用戶空間工作，它可以根據sysfs文件系統導出的信息（設備號（dev）等），動態建立和刪除設備文件。

? ? ? ? sysfs文件系統特點：sysfs把連接在系統上的設備和總線組織成為一個分級的目錄及文件，它們可以由用戶空間存取，向用戶空間導出內核數據結構以及它們的屬性，這其中就包括設備的主次設備號。

? ? ? ?

? ? ? 那么udev 是如何建立設備文件的呢？

a --?對于已經編入內核的驅動程序

? ?當被內核檢測到的時候，會直接在 sysfs 中注冊其對象；對于編譯成模塊的驅動程序，當模塊載入的時候才會這樣做。一旦掛載了 sysfs 文件系統(掛載到 /sys)，內建的驅動程序在 sysfs 注冊的數據就可以被用戶空間的進程使用，并提供給 udev 以創建設備節點。

? ? udev 初始化腳本負責在 Linux 啟動的時候創建設備節點，該腳本首先將 /sbin/udevsend 注冊為熱插拔事件處理程序。熱插拔事件本不應該在這個階段發生，注冊 udev 只是為了以防萬一。

? ?然后?udevstart 遍歷 /sys 文件系統（其屬性文件dev中記錄這設備的主設備號，與次設備號），并在 /dev 目錄下創建符合描述的設備文件。

? 例如，/sys/class/tty/vcs/dev 里含有"7:0"字符串，udevstart 就根據這個字符串創建主設備號為 7 、次設備號為 0 的 /dev/vcs 設備。udevstart 創建的每個設備的名字和權限由 /etc/udev/rules.d/ 目錄下的文件指定的規則來設置。如果 udev 找不到所創建設備的權限文件，就將其權限設置為缺省的 660 ，所有者為 root:root 。

b --?編譯成模塊的驅動程序

? ? ? 前面我們提到了"熱插拔事件處理程序"的概念，當內核檢測到一個新設備連接時，內核會產生一個熱插拔事件，并在 /proc/sys/kernel/hotplug 文件里查找處理設備連接的用戶空間程序。udev 初始化腳本將 udevsend 注冊為該處理程序。當產生熱插拔事件的時候，內核讓 udev 在 /sys 文件系統里檢測與新設備的有關信息，并為新設備在 /dev 里創建項目。

? ? ?大多數 Linux 發行版通過 /etc/modules.conf 配置文件來處理模塊加載，對某個設備節點的訪問導致相應的內核模塊被加載。對 udev 這個方法就行不通了，因為在模塊加載前，設備節點根本不存在。為了解決這個問題，在 LFS-Bootscripts 軟件包里加入了 modules 啟動腳本，以及 /etc/sysconfig/modules 文件。通過在 modules 文件里添加模塊名，就可以在系統啟動的時候加載這些模塊，這樣 udev 就可以檢測到設備，并創建相應的設備節點了。如果插入的設備有一個驅動程序模塊但是尚未加載，Hotplug 軟件包就有用了，它就會響應上述的內核總線驅動熱插拔事件并加載相應的模塊，為其創建設備節點，這樣設備就可以使用了。

五、創建和配置mdev

? ? ? ???mdev是udev的簡化版本，是busybox中所帶的程序，最適合用在嵌入式系統，而udev一般都用在PC上的Linux中，相對mdev來說要復雜些；

1、我們應該明白，不管是udev還是mdev，他們就是一個應用程序，就跟其他應用程序一樣（比如：Boa服務），配置了就可以使用了。為了方便起見，我們就使用busybox自帶的一個mdev，這樣在配置編譯busybox時，只要將mdev的支持選項選上，編譯后就包含了mdev設備文件系統的應用（當然你也可以不使用busybox自帶的，去下載udev的源碼進行編譯移植。

#cd busybox-1.13.0/ #make menuconfig

Linux System Utilities ---> ????[*] mdev? ????[*]?? Support /etc/mdev.conf? ????[*]???? Support subdirs/symlinks? ????[*]?????? Support regular expressions substitutions when renaming device? ????[*]???? Support command execution at device addition/removal

2、 udev或者mdev需要內核sysfs和tmpfs虛擬文件系統的支持，sysfs為udev提供設備入口和uevent通道，tmpfs為udev設備文件提供存放空間。所以在/etc/fstab配置文件中添加如下內容（紅色部分）：

# device??mount-point?????type??????options????dump????fsck order #---------------------------------------------------------------- procfs????/proc???????????proc??????defaults????0????? 0 sysfs?????/sys????????????sysfs?????defaults????0????? 0 tmpfs?????/dev/shm????????tmpfs?????defaults????0????? 0 usbfs?????/proc/bus/usb???usbfs?????defaults????0????? 0 ramfs?????/dev????????????ramfs?????defaults????0????? 0 none??????/dev/pts????????devpts????mode=0622???0????? 0

3.、在系統初始化配置文件/etc/init.d/rcS中掛載mdev要用到的sysfs文件系統和tmpfs文件系統，這個在我們介紹根文件系統時已經看到：

? ? ?然后啟動/sbin目錄下的mdev應用對系統的設備進行搜索（紅色部分）。

# Mount virtual filesystem /bin/mount -t???? proc ????procfs????/proc /bin/mount -n -t? sysfs????sysfs???? /sys /bin/mount -n -t? usbfs????usbfs???? /proc/bus/usb /bin/mount -t???? ramfs????ramfs???? /dev # Make dir /bin/mkdir -p?/dev/pts /bin/mkdir -p /dev/shm /bin/mkdir -p /var/log /bin/mount -n -t devpts none ????/dev/pts -o mode=0622 /bin/mount -n -t tmpfs tmpfs ????/dev/shm # Make device node echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug /sbin/mdev -s

a --?" mdev -s?" 的含義是掃描 /sys 中所有的類設備目錄，如果在目錄中有含有名為“dev”的文件，且文件中包含的是設備號，則mdev就利用這些信息為該設備在/dev下創建設備節點文件；

b --?"echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug"?的含義是當有熱插拔事件產生時，內核就會調用位于 /sbin 目錄的 mdev 。這時 mdev 通過環境變量中的 ACTION 和DEVPATH，來確定此次熱插拔事件的動作以及影響了 /sys 中的那個目錄。接著，會看這個目錄中是否有“dev”的屬性文件。如果有就利用這些信息為這個設備在 /dev 下創建設備節點文件。

4、在設備驅動程序中加上對類設備接口的支持，即在驅動程序加載和卸載函數中實現設備文件的創建與銷毀，這個在我們前面Linux 字符設備驅動結構（二）—— 自動創建設備節點?可以看到實例，下面在介紹一個

? ? ?例如在之前篇幅的按鍵驅動中添加（紅色部分）：

[cpp]?view plaincopy

#include?<linux/device.h>?//設備類用到的頭文件??

staticint?device_major?=?DEVICE_MAJOR;?//用于保存系統動態生成的主設備號??

staticstruct?class?*button_class;?//定義一個類??

??

static?int?__init?button_init(void)??

{??

????//注冊字符設備，這里定義DEVICE_MAJOR=0，讓系統去分配，注冊成功后將返回動態分配的主設備號??

????device_major?=?register_chrdev(DEVICE_MAJOR,?DEVICE_NAME,&buttons_fops);??

??

????if(device_major<?0)??

????{??

????????printk(DEVICE_NAME?"?register?faild!/n");??

????????return?device_major;??

????}??

??

????//注冊一個設備類，使mdev可以在/dev/目錄下建立設備節點??

????button_class?=class_create(THIS_MODULE,?DEVICE_NAME);??

??

????if(IS_ERR(button_class))??

????{??

????????printk(DEVICE_NAME"?create?class?faild!/n");??

????????return-1;??

????}??

??

????//創建一個設備節點，取名為DEVICE_NAME(即my2440_buttons)??

????//注意2.6內核較早版本的函數名是class_device_create，現該為device_create??

????device_create(button_class,NULL,MKDEV(device_major,0),NULL,DEVICE_NAME);??

??

????return?0;??

}??

??

static?void?__exit?button_exit(void)??

{??

????//注銷字符設備??

????unregister_chrdev(device_major,?DEVICE_NAME);??

??

????//刪除設備節點，注意2.6內核較早版本的函數名是class_device_destroy，現該為device_destroy??

????device_destroy(button_class,MKDEV(device_major,0));??

??

????//注銷類??

????class_destroy(button_class);??

}??

5、至于mdev的配置文件/etc/mdev.conf，這個可有可無，只是設定設備文件的一些規則。我這里就不管他了，讓他為空好了。
?
6、完成以上步驟后，重新編譯文件系統，下載到開發板上，啟動開發板后進入開發板的/dev目錄查看，就會有很多系統設備節點在這里產生了，我們就可以直接使用這些設備節點了。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 文件系统与设备文件系统 （一）—— udev 设备文件系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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