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驱动开发硬核特训 · Day 13：从 device_create 到 sysfs，设备文件是如何生成的？

news 来源：原创 2025/8/23 1:37:44

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📌 本文目标：深入理解 device_create() 函数的核心机制，搞清楚字符设备驱动中 /dev/xxx 是如何自动生成的，掌握 class、device、sysfs、udev 之间的协作原理。本文面向 Linux 内核驱动开发初学者，全流程分析字符设备注册背后的关键路径，夯实设备模型的理解。

一、背景导入：为何要讲 device_create？

在这里插入图片描述

在我们编写 Linux 字符设备驱动时，经常会使用如下流程注册设备：

alloc_chrdev_region();
cdev_init();
cdev_add();
class_create();
device_create(); // 核心

完成这些步骤后，系统会自动在 /dev/ 下生成对应设备节点，例如 /dev/my_led。

但很多初学者会疑惑：

为什么调用 device_create() 就能生成 /dev/xxx？
它是怎么和内核设备模型联系上的？
它是否会注册 struct device？
跟 udev 又是什么关系？

本篇将一口气讲清楚这些问题。

二、设备模型再复习：class 是什么？

Linux 的设备模型中，class 是连接用户空间 /sys/class/ 与 /dev/ 的关键中介，它代表某一类设备。

常见 class：

类别	描述	示例路径
`tty`	终端设备	`/sys/class/tty/ttyS0`
`input`	输入设备	`/sys/class/input/event0`
`leds`	LED 灯控制	`/sys/class/leds/user_led`

你在驱动中调用：

struct class *led_class = class_create(THIS_MODULE, "my_led_class");

内核会在 /sys/class/my_led_class/ 下创建一个新目录，为后续设备挂载做准备。

接下来进入主角——device_create()。

三、device_create() 的功能与原型

3.1 函数原型

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

参数说明：

参数	含义
class	所属的 class（如 my_led_class）
parent	父设备，可为 NULL
devt	设备号，`MKDEV(major, minor)`
drvdata	设备私有数据，可用 device_get_drvdata 获取
fmt	设备名称格式，如 “my_led%d”

3.2 作用

执行 device_create() 会做三件事：

分配并注册一个新的 struct device
将其挂入 class，即：/sys/class/xxx/ 下出现新设备目录
通知 udev 创建 /dev/xxx 节点

这正是用户空间中能自动看到 /dev/my_led0 的原因。

四、完整流程梳理

我们通过一张图总结：

驱动代码
└── device_create()├── 创建设备结构体 struct device├── 添加到 class 的设备列表│   └── 映射到 /sys/class/my_class/my_led0├── 发出 uevent 通知│   └── 用户空间 udev 监听到设备加入事件│       └── 根据规则创建 /dev/my_led0

举个实际路径：

/sys/class/my_led_class/my_led0      # class 目录
/dev/my_led0                         # 实际设备节点（由 udev 创造）

五、实战演练：创建 LED 字符设备

5.1 初始化设备号

dev_t devno;
alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "my_led");
major = MAJOR(devno);

5.2 初始化 cdev

cdev_init(&my_cdev, &my_fops);
cdev_add(&my_cdev, devno, 1);

5.3 创建设备 class 与 device

my_class = class_create(THIS_MODULE, "my_led_class");
device_create(my_class, NULL, devno, NULL, "my_led0");

此时：

/sys/class/my_led_class/my_led0 被创建
/dev/my_led0 自动生成（由 udev 监听创建设备事件）

六、udev 的作用与补充说明

udev 是 Linux 中用户空间的设备管理守护进程。

它监听内核发出的设备事件（uevent）
根据 /etc/udev/rules.d/ 的规则，执行创建设备节点、添加权限等操作

若系统中没有运行 udev（如部分嵌入式系统），需要用 mdev 或手动创建设备文件：

mknod /dev/my_led0 c 240 0

七、常见问题解答 Q&A

Q1：如果不调用 `device_create()`，是否还能访问设备？

可以，但必须自己创建设备节点：

mknod /dev/my_led0 c 240 0

并确保 major/minor 正确。但 /sys/class/ 等路径就不会自动生成。

Q2：多个设备如何创建多个节点？

你可以多次调用 device_create()：

device_create(my_class, NULL, MKDEV(240, 0), NULL, "my_led0");
device_create(my_class, NULL, MKDEV(240, 1), NULL, "my_led1");

这样就会生成 /dev/my_led0 和 /dev/my_led1。

Q3：如何自动清理？

在模块卸载时：

device_destroy(my_class, MKDEV(240, 0));
class_destroy(my_class);
unregister_chrdev_region(MKDEV(240, 0), 1);

八、总结归纳

核心步骤	功能
class_create	创建设备类别，挂载到 /sys/class
device_create	注册 struct device，生成 /sys 和 /dev 节点
udev	监听内核事件，自动创建设备文件
dev_set_drvdata	设置私有数据，可用 device_get_drvdata 获取
cdev 操作	管理字符设备的核心操作结构

九、今日练习题（建议动手）

编写一个字符设备驱动，支持创建两个设备节点 /dev/led0 和 /dev/led1
分别用 write() 控制两个设备状态，打印开关日志
使用 udevadm monitor 查看 device_create() 时产生的事件

📌 下一篇预告：

驱动开发硬核特训 · Day 14：深入理解 class、device 与 /dev 的完整链路
将进一步拆解 class.c 源码，讲清 device_add()、kobject 关系，帮助你彻底掌握设备文件生成机制。

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