Linux驱动与设备节点简介 & Android内核与Linux内核的区别

一、驱动

驱动是内核的一部分，作为直接访问物理硬件的一个软件层，用于应用程序与物理硬件设备通信。内核包含多种驱动，如WIFI、USB、Audio、蓝牙、相机、显示驱动。

二、设备

（1）设备驱动程序三类：字符设备驱动程序、块设备驱动程序、网络设备驱动程序；

（2）对应Linux三类设备：字符设备、块设备、网络设备；

（3）常见字符设备：鼠标、键盘、串口、控制台等；

（4）常见块设备：各种硬盘、flash磁盘、RAM磁盘等；

（5）网络设备(网络接口)：eth0、eth1，注：网络设备没有设备节点，应用程序通过Socket访问网络设备。由于网络设备面向报文，较难实现相关read、write等文件读写函数，所以驱动的实现也与字符设备和块设备不同。

• 字符设备：字符设备是能够像字节流(类似文件)一样被访问的设备，由字符设备驱动程序来实现这种特性。字符设备驱动程序通常至少要实现open、close、read、write系统调用。字符设备通过文件系统节点来访问，这些设备文件和普通文件之间的唯一差别在于对普通文件的访问可以前后移动访问位置，而大多数字符设备是一个只能顺序访问的数据通道。一个字符设备是一种字节流设备，对设备的存取只能按顺序按字节存取而不能随机访问，字符设备没有请求缓冲区，所有的访问请求都是按顺序执行的。但目前一些高级字符设备也可以从指定位置一次读取一块数据。

• 块设备：块设备也是通过文件系统节点(设备节点)来访问。块设备上能够容纳文件系统。在大多数unix系统中，进行I/O操作时块设备每次只能传输一个或多个完整的块，而每块包含512字节（或更2的更高次幂字节的数据）。linux可以让应用程序像字符设备一样读写块设备，允许一次传递任意多字节的数据。因而，块设备和字符设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式，也就是内核及驱动程序之间的软件接口，而这些不同对用户来讲是透明的。在内核中，和字符驱动程序相比，块驱动程序具有完全不同的接口。存储设备一般属于块设备，块设备有请求缓冲区，并且支持随机访问而不必按照顺序去存取数据，比如你可以先存取后面的数据，然后再存取前面的数据。Linux下的磁盘设备都是块设备，尽管在Linux下有块设备节点，但应用程序一般是通过文件系统及其高速缓存来访问块设备，而不是直接通过设备节点来读写块设备上的数据。

• 网络设备(网络接口)：网络设备不同于字符设备和块设备，它是面向报文的而不是面向流的，它不支持随机访问，也没有请求缓冲区。由于不是面向流的设备，因此将网络接口映射到文件系统中的节点比较困难。内核和网络设备驱动程序间的通讯，完全不同于内核和字符以及块驱动程序之间的通讯，内核调用一套和数据报传输相关的函数而不是read，write。网络设备(网络接口)没有像字符设备和块设备一样的设备号，只有一个唯一的名字，如eth0、eth1等，而这个名字也不需要与设备文件节点对应。

• 字符设备与块设备区别：
  1、字符设备是面向流的，最小访问单位是字节；而块设备是面向块的，最小访问单位是512字节或2的更高次幂。
  2、字符设备只能顺序按字节访问，而块设备可随机访问。
  3、块设备上可容纳文件系统，访问形式上，字符设备通过设备节点访问，而块设备虽然也可以通过设备节点访问，但一般是通过文件系统来访问数据。

三、设备节点

Linux使用对文件一样的管理方式来管理设备，所有设备都以文件的形式存放在/dev目录下，系统中的每个字符设备或者块设备都必须为其创建一个设备文件，它包含了该设备的设备类型（块设备或字符设备）、设备号（主设备号和次设备号）以及设备访问控制属性等。设备节点通过mknod命令创建，也可以由Udev用户工具软件在系统启动后根据/sys目录下每个设备的实际信息创建，使用后一种方式可以为每个设备动态分配设备号。

• 主设备号：驱动程序在初始化时，会注册它的驱动及对应主设备号到系统中，这样当应用程序访问设备节点时，系统就知道它所访问的驱动程序。可通过/proc/devices文件查看系统设备的主设备号；

• 次设备号：驱动程序遍历设备时，每发现一个它能驱动的设备，就创建一个设备对象，并为其分配一个次设备号以区分不同的设备。这样当应用程序访问设备节点时驱动程序就可以根据次设备号知道它说访问的设备了。

四、设备节点、设备驱动及物理设备三者之间的关联

Linux中设备节点通过“mknod”命令创建，创建时需要指定主设备号和次设备号，即指定对应的驱动程序和对应的物理设备（访问设备节点时就相当于通过其设备号访问驱动程序进而间接访问到物理设备）。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

理解：应用程序通过访问设备节点读取主设备号和次设备号，通过主设备号找对应的驱动，通过次设备号对应到具体物理设备。注：1个驱动对应一类设备，并用唯一主设备号标识。

Linux支持的各种设备的主设备号定义在include/linux/major.h文件中，已经在官方注册的主设备号和次设备号在Documentation/devices.txt文件中。

五、Android内核和Linux内核的区别[引用]

Android系统最底层是Linux，并且在中间加上了一个Dalvik / ART的Java虚拟机，从表面层看是Android运行库。每个Android应用都运行在自己的进程上，享有Dalvik / ART虚拟机为它分配的专有实例，并支持多个虚拟机在同一设备上高效运行，虚拟机执行的是专有格式的可执行文件(.dex) - 该格式经过优化，以将内存好用降到最低。

Android内核和Linux内核的差别主要体现在如下11个方面：

1. Android Binder
   Android Binder是基于Openbinder框架的一个驱动，用于提供Android平台的进程间的通信(IPC)。原来的Linux系统上层应用的进程间通信主要是D-bus，采用消息总线的方式来进行IPC。其源代码位于drivers/staging/android/binder.c

2. Android电源管理（PM）
   Android电源管理是一个基于标准Linux电源管理系统的轻量级Andorid电源管理驱动，针对嵌入式设备做了很多优化。利用锁和定时器来切换系统状态，控制设备在不同状态下的功耗，以达到节能的目的。其源码位于kernel/power/earlysuspend.c kernel/power/consoleearlysuspend.c kernel/power/fbearysuspend.c kernel/power/wakelock.c kernel/power/userwakelock.c

3. 低内存管理器（Low memory Killer）
   Android中低内存管理器和linux标准的OOM相比，器机制更加灵活，可以根据需要杀死进程来释放需要的内存。Low memory Killer的代码非常简单，里面关键是函数Lowmem_shrinker().作为一个模块在初始化时调用register_shrike注册一个Lowmen_shriker，它会被vm在内存紧张的情况下调用。源码位于drivers/staging/android/lowmemorykiller.c

4. 匿名共享内存(Ashmem)
   匿名共享内存为进程间提供大块共享内存，同时为内核提供回收和管理这个内存的机制。如果一个程序尝试访问Kernel释放的一个共享内存块，它将会受到一个错误提示，然后重新分配内存并重载数据。其源码位于mm/ashmem.c

5. Android PMEM(Phsical)
   PMEM用于向用户空间提供连续的物理内存区域，DSP和某些设备只能工作在连续的物理内存上。驱动中提供了mmap、open/release和ioctl等接口。

6. Android Logger
   Android Logger是一个轻量级的日志设备，用于抓取Android系统的各种日志，是Linux锁没有的

7. Android Alarm
   Android Alarm提供了一个定时器用于把设备从睡眠状态唤醒，同时它也提供了一个即使在设备睡眠是也会运行的时钟基准。其源码位于driver/rtc/alarm.c drivers/rtc/alarm-dev.c

8. USB Gadget驱动
   此驱动是一个具有标准Linux USB gadget驱动框架的设备驱动，Android的USB驱动是基于gadget框架的。其源码位于如下文件：
   drivers/usb/gadget/android.c drivers/usb/gadget/f_adb.c drivers/usb/gadget/f_mass_storage.c

9. Android Ram Console
   为了提供调试功能，Android允许将调试日志信息写入一个被称为RAM Console的设备里，它是一个基于RAM的Buffer其源码位于drviers/staging/android/ram_console.c

10. Android timed device
    Android timed device提供了对设备进行定时控制功能，目前仅仅支持vibrator和LED设备。其源码为drviers/staging/adnroid/timed_output.c

11. Yaffs2文件系统
    在Android系统中，采用Yaffs2作为MTD NAND FLASH文件系统。Yaffs2是一个快速稳定的应用于NAND和NOR FLash的跨平台的嵌入式设备文件性，同其他Flash文件系统相比，Yaffs2使用更小的内存来保存运行状态，因此它占用内存小；Yaffs2的垃圾回收非常简单而且快速，因此能够达到更好的性能；其源代码位于fs/yaffs2目录