fs/char_dev.c

   1 /*
   2  *  linux/fs/char_dev.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1991, 1992  Linus Torvalds
   5  */
   6
   7 #include <linux/init.h>
   8 #include <linux/fs.h>
   9 #include <linux/kdev_t.h>
  10 #include <linux/slab.h>
  11 #include <linux/string.h>
  12
  13 #include <linux/major.h>
  14 #include <linux/errno.h>
  15 #include <linux/module.h>
  16 #include <linux/seq_file.h>
  17
  18 #include <linux/kobject.h>
  19 #include <linux/kobj_map.h>
  20 #include <linux/cdev.h>
  21 #include <linux/mutex.h>
  22 #include <linux/backing-dev.h>
  23 #include <linux/tty.h>
  24
  25 #include "internal.h"
  26
  27 /*
  28  * capabilities for /dev/mem, /dev/kmem and similar directly mappable character
  29  * devices
  30  * - permits shared-mmap for read, write and/or exec
  31  * - does not permit private mmap in NOMMU mode (can't do COW)
  32  * - no readahead or I/O queue unplugging required
  33  */
  34 struct backing_dev_info directly_mappable_cdev_bdi = {
  35         .name = "char",
  36         .capabilities   = (
  37 #ifdef CONFIG_MMU
  38                 /* permit private copies of the data to be taken */
  39                 BDI_CAP_MAP_COPY |
  40 #endif
  41                 /* permit direct mmap, for read, write or exec */
  42                 BDI_CAP_MAP_DIRECT |
  43                 BDI_CAP_READ_MAP | BDI_CAP_WRITE_MAP | BDI_CAP_EXEC_MAP |
  44                 /* no writeback happens */
  45                 BDI_CAP_NO_ACCT_AND_WRITEBACK),
  46 };
  47
  48 static struct kobj_map *cdev_map;
  49
  50 static DEFINE_MUTEX(chrdevs_lock);
  51
  52 static struct char_device_struct {
  53         struct char_device_struct *next;
  54         unsigned int major;
  55         unsigned int baseminor;
  56         int minorct;
  57         char name[64];
  58         struct cdev *cdev;              /* will die */
  59 } *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];
  60
  61 /* index in the above */
  62 static inline int major_to_index(unsigned major)
  63 {
  64         return major % CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE;
  65 }
  66
  67 #ifdef CONFIG_PROC_FS
  68
  69 void chrdev_show(struct seq_file *f, off_t offset)
  70 {
  71         struct char_device_struct *cd;
  72
  73         if (offset < CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE) {
  74                 mutex_lock(&chrdevs_lock);
  75                 for (cd = chrdevs[offset]; cd; cd = cd->next)
  76                         seq_printf(f, "%3d %s\n", cd->major, cd->name);
  77                 mutex_unlock(&chrdevs_lock);
  78         }
  79 }
  80
  81 #endif /* CONFIG_PROC_FS */
  82
  83 /*
  84  * Register a single major with a specified minor range.
  85  *
  86  * If major == 0 this functions will dynamically allocate a major and return
  87  * its number.
  88  *
  89  * If major > 0 this function will attempt to reserve the passed range of
  90  * minors and will return zero on success.
  91  *
  92  * Returns a -ve errno on failure.
  93  */
  94 static struct char_device_struct *
  95 __register_chrdev_region(unsigned int major, unsigned int baseminor,
  96                            int minorct, const char *name)
  97 {
  98         struct char_device_struct *cd, **cp;
  99         int ret = 0;
 100         int i;
 101
 102         cd = kzalloc(sizeof(struct char_device_struct), GFP_KERNEL);
 103         if (cd == NULL)
 104                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 105
 106         mutex_lock(&chrdevs_lock);
 107
 108         /* temporary */
 109         if (major == 0) {
 110                 for (i = ARRAY_SIZE(chrdevs)-1; i > 0; i--) {
 111                         if (chrdevs[i] == NULL)
 112                                 break;
 113                 }
 114
 115                 if (i == 0) {
 116                         ret = -EBUSY;
 117                         goto out;
 118                 }
 119                 major = i;
 120                 ret = major;
 121         }
 122
 123         cd->major = major;
 124         cd->baseminor = baseminor;
 125         cd->minorct = minorct;
 126         strlcpy(cd->name, name, sizeof(cd->name));
 127
 128         i = major_to_index(major);
 129
 130         for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
 131                 if ((*cp)->major > major ||
 132                     ((*cp)->major == major &&
 133                      (((*cp)->baseminor >= baseminor) ||
 134                       ((*cp)->baseminor + (*cp)->minorct > baseminor))))
 135                         break;
 136
 137         /* Check for overlapping minor ranges.  */
 138         if (*cp && (*cp)->major == major) {
 139                 int old_min = (*cp)->baseminor;
 140                 int old_max = (*cp)->baseminor + (*cp)->minorct - 1;
 141                 int new_min = baseminor;
 142                 int new_max = baseminor + minorct - 1;
 143
 144                 /* New driver overlaps from the left.  */
 145                 if (new_max >= old_min && new_max <= old_max) {
 146                         ret = -EBUSY;
 147                         goto out;
 148                 }
 149
 150                 /* New driver overlaps from the right.  */
 151                 if (new_min <= old_max && new_min >= old_min) {
 152                         ret = -EBUSY;
 153                         goto out;
 154                 }
 155         }
 156
 157         cd->next = *cp;
 158         *cp = cd;
 159         mutex_unlock(&chrdevs_lock);
 160         return cd;
 161 out:
 162         mutex_unlock(&chrdevs_lock);
 163         kfree(cd);
 164         return ERR_PTR(ret);
 165 }
 166
 167 static struct char_device_struct *
 168 __unregister_chrdev_region(unsigned major, unsigned baseminor, int minorct)
 169 {
 170         struct char_device_struct *cd = NULL, **cp;
 171         int i = major_to_index(major);
 172
 173         mutex_lock(&chrdevs_lock);
 174         for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
 175                 if ((*cp)->major == major &&
 176                     (*cp)->baseminor == baseminor &&
 177                     (*cp)->minorct == minorct)
 178                         break;
 179         if (*cp) {
 180                 cd = *cp;
 181                 *cp = cd->next;
 182         }
 183         mutex_unlock(&chrdevs_lock);
 184         return cd;
 185 }
 186
 187 /**
 188  * register_chrdev_region() - register a range of device numbers
 189  * @from: the first in the desired range of device numbers; must include
 190  *        the major number.
 191  * @count: the number of consecutive device numbers required
 192  * @name: the name of the device or driver.
 193  *
 194  * Return value is zero on success, a negative error code on failure.
 195  */
 196 int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
 197 {
 198         struct char_device_struct *cd;
 199         dev_t to = from + count;
 200         dev_t n, next;
 201
 202         for (n = from; n < to; n = next) {
 203                 next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
 204                 if (next > to)
 205                         next = to;
 206                 cd = __register_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n),
 207                                next - n, name);
 208                 if (IS_ERR(cd))
 209                         goto fail;
 210         }
 211         return 0;
 212 fail:
 213         to = n;
 214         for (n = from; n < to; n = next) {
 215                 next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
 216                 kfree(__unregister_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n), next - n));
 217         }
 218         return PTR_ERR(cd);
 219 }
 220
 221 /**
 222  * alloc_chrdev_region() - register a range of char device numbers
 223  * @dev: output parameter for first assigned number
 224  * @baseminor: first of the requested range of minor numbers
 225  * @count: the number of minor numbers required
 226  * @name: the name of the associated device or driver
 227  *
 228  * Allocates a range of char device numbers.  The major number will be
 229  * chosen dynamically, and returned (along with the first minor number)
 230  * in @dev.  Returns zero or a negative error code.
 231  */
 232 int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,
 233                         const char *name)
 234 {
 235         struct char_device_struct *cd;
 236         cd = __register_chrdev_region(0, baseminor, count, name);
 237         if (IS_ERR(cd))
 238                 return PTR_ERR(cd);
 239         *dev = MKDEV(cd->major, cd->baseminor);
 240         return 0;
 241 }
 242
 243 /**
 244  * __register_chrdev() - create and register a cdev occupying a range of minors
 245  * @major: major device number or 0 for dynamic allocation
 246  * @baseminor: first of the requested range of minor numbers
 247  * @count: the number of minor numbers required
 248  * @name: name of this range of devices
 249  * @fops: file operations associated with this devices
 250  *
 251  * If @major == 0 this functions will dynamically allocate a major and return
 252  * its number.
 253  *
 254  * If @major > 0 this function will attempt to reserve a device with the given
 255  * major number and will return zero on success.
 256  *
 257  * Returns a -ve errno on failure.
 258  *
 259  * The name of this device has nothing to do with the name of the device in
 260  * /dev. It only helps to keep track of the different owners of devices. If
 261  * your module name has only one type of devices it's ok to use e.g. the name
 262  * of the module here.
 263  */
 264 int __register_chrdev(unsigned int major, unsigned int baseminor,
 265                       unsigned int count, const char *name,
 266                       const struct file_operations *fops)
 267 {
 268         struct char_device_struct *cd;
 269         struct cdev *cdev;
 270         int err = -ENOMEM;
 271
 272         cd = __register_chrdev_region(major, baseminor, count, name);
 273         if (IS_ERR(cd))
 274                 return PTR_ERR(cd);
 275
 276         cdev = cdev_alloc();
 277         if (!cdev)
 278                 goto out2;
 279
 280         cdev->owner = fops->owner;
 281         cdev->ops = fops;
 282         kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);
 283
 284         err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, baseminor), count);
 285         if (err)
 286                 goto out;
 287
 288         cd->cdev = cdev;
 289
 290         return major ? 0 : cd->major;
 291 out:
 292         kobject_put(&cdev->kobj);
 293 out2:
 294         kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, baseminor, count));
 295         return err;
 296 }
 297
 298 /**
 299  * unregister_chrdev_region() - return a range of device numbers
 300  * @from: the first in the range of numbers to unregister
 301  * @count: the number of device numbers to unregister
 302  *
 303  * This function will unregister a range of @count device numbers,
 304  * starting with @from.  The caller should normally be the one who
 305  * allocated those numbers in the first place...
 306  */
 307 void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
 308 {
 309         dev_t to = from + count;
 310         dev_t n, next;
 311
 312         for (n = from; n < to; n = next) {
 313                 next = MKDEV(MAJOR(n)+1, 0);
 314                 if (next > to)
 315                         next = to;
 316                 kfree(__unregister_chrdev_region(MAJOR(n), MINOR(n), next - n));
 317         }
 318 }
 319
 320 /**
 321  * __unregister_chrdev - unregister and destroy a cdev
 322  * @major: major device number
 323  * @baseminor: first of the range of minor numbers
 324  * @count: the number of minor numbers this cdev is occupying
 325  * @name: name of this range of devices
 326  *
 327  * Unregister and destroy the cdev occupying the region described by
 328  * @major, @baseminor and @count.  This function undoes what
 329  * __register_chrdev() did.
 330  */
 331 void __unregister_chrdev(unsigned int major, unsigned int baseminor,
 332                          unsigned int count, const char *name)
 333 {
 334         struct char_device_struct *cd;
 335
 336         cd = __unregister_chrdev_region(major, baseminor, count);
 337         if (cd && cd->cdev)
 338                 cdev_del(cd->cdev);
 339         kfree(cd);
 340 }
 341
 342 static DEFINE_SPINLOCK(cdev_lock);
 343
 344 static struct kobject *cdev_get(struct cdev *p)
 345 {
 346         struct module *owner = p->owner;
 347         struct kobject *kobj;
 348
 349         if (owner && !try_module_get(owner))
 350                 return NULL;
 351         kobj = kobject_get(&p->kobj);
 352         if (!kobj)
 353                 module_put(owner);
 354         return kobj;
 355 }
 356
 357 void cdev_put(struct cdev *p)
 358 {
 359         if (p) {
 360                 struct module *owner = p->owner;
 361                 kobject_put(&p->kobj);
 362                 module_put(owner);
 363         }
 364 }
 365
 366 /*
 367  * Called every time a character special file is opened
 368  */
 369 static int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *filp)
 370 {
 371         const struct file_operations *fops;
 372         struct cdev *p;
 373         struct cdev *new = NULL;
 374         int ret = 0;
 375
 376         spin_lock(&cdev_lock);
 377         p = inode->i_cdev;
 378         if (!p) {
 379                 struct kobject *kobj;
 380                 int idx;
 381                 spin_unlock(&cdev_lock);
 382                 kobj = kobj_lookup(cdev_map, inode->i_rdev, &idx);
 383                 if (!kobj)
 384                         return -ENXIO;
 385                 new = container_of(kobj, struct cdev, kobj);
 386                 spin_lock(&cdev_lock);
 387                 /* Check i_cdev again in case somebody beat us to it while
 388                    we dropped the lock. */
 389                 p = inode->i_cdev;
 390                 if (!p) {
 391                         inode->i_cdev = p = new;
 392                         list_add(&inode->i_devices, &p->list);
 393                         new = NULL;
 394                 } else if (!cdev_get(p))
 395                         ret = -ENXIO;
 396         } else if (!cdev_get(p))
 397                 ret = -ENXIO;
 398         spin_unlock(&cdev_lock);
 399         cdev_put(new);
 400         if (ret)
 401                 return ret;
 402
 403         ret = -ENXIO;
 404         fops = fops_get(p->ops);
 405         if (!fops)
 406                 goto out_cdev_put;
 407
 408         replace_fops(filp, fops);
 409         if (filp->f_op->open) {
 410                 ret = filp->f_op->open(inode, filp);
 411                 if (ret)
 412                         goto out_cdev_put;
 413         }
 414
 415         return 0;
 416
 417  out_cdev_put:
 418         cdev_put(p);
 419         return ret;
 420 }
 421
 422 void cd_forget(struct inode *inode)
 423 {
 424         spin_lock(&cdev_lock);
 425         list_del_init(&inode->i_devices);
 426         inode->i_cdev = NULL;
 427         spin_unlock(&cdev_lock);
 428 }
 429
 430 static void cdev_purge(struct cdev *cdev)
 431 {
 432         spin_lock(&cdev_lock);
 433         while (!list_empty(&cdev->list)) {
 434                 struct inode *inode;
 435                 inode = container_of(cdev->list.next, struct inode, i_devices);
 436                 list_del_init(&inode->i_devices);
 437                 inode->i_cdev = NULL;
 438         }
 439         spin_unlock(&cdev_lock);
 440 }
 441
 442 /*
 443  * Dummy default file-operations: the only thing this does
 444  * is contain the open that then fills in the correct operations
 445  * depending on the special file...
 446  */
 447 const struct file_operations def_chr_fops = {
 448         .open = chrdev_open,
 449         .llseek = noop_llseek,
 450 };
 451
 452 static struct kobject *exact_match(dev_t dev, int *part, void *data)
 453 {
 454         struct cdev *p = data;
 455         return &p->kobj;
 456 }
 457
 458 static int exact_lock(dev_t dev, void *data)
 459 {
 460         struct cdev *p = data;
 461         return cdev_get(p) ? 0 : -1;
 462 }
 463
 464 /**
 465  * cdev_add() - add a char device to the system
 466  * @p: the cdev structure for the device
 467  * @dev: the first device number for which this device is responsible
 468  * @count: the number of consecutive minor numbers corresponding to this
 469  *         device
 470  *
 471  * cdev_add() adds the device represented by @p to the system, making it
 472  * live immediately.  A negative error code is returned on failure.
 473  */
 474 int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
 475 {
 476         int error;
 477
 478         p->dev = dev;
 479         p->count = count;
 480
 481         error = kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL,
 482                          exact_match, exact_lock, p);
 483         if (error)
 484                 return error;
 485
 486         kobject_get(p->kobj.parent);
 487
 488         return 0;
 489 }
 490
 491 static void cdev_unmap(dev_t dev, unsigned count)
 492 {
 493         kobj_unmap(cdev_map, dev, count);
 494 }
 495
 496 /**
 497  * cdev_del() - remove a cdev from the system
 498  * @p: the cdev structure to be removed
 499  *
 500  * cdev_del() removes @p from the system, possibly freeing the structure
 501  * itself.
 502  */
 503 void cdev_del(struct cdev *p)
 504 {
 505         cdev_unmap(p->dev, p->count);
 506         kobject_put(&p->kobj);
 507 }
 508
 509
 510 static void cdev_default_release(struct kobject *kobj)
 511 {
 512         struct cdev *p = container_of(kobj, struct cdev, kobj);
 513         struct kobject *parent = kobj->parent;
 514
 515         cdev_purge(p);
 516         kobject_put(parent);
 517 }
 518
 519 static void cdev_dynamic_release(struct kobject *kobj)
 520 {
 521         struct cdev *p = container_of(kobj, struct cdev, kobj);
 522         struct kobject *parent = kobj->parent;
 523
 524         cdev_purge(p);
 525         kfree(p);
 526         kobject_put(parent);
 527 }
 528
 529 static struct kobj_type ktype_cdev_default = {
 530         .release        = cdev_default_release,
 531 };
 532
 533 static struct kobj_type ktype_cdev_dynamic = {
 534         .release        = cdev_dynamic_release,
 535 };
 536
 537 /**
 538  * cdev_alloc() - allocate a cdev structure
 539  *
 540  * Allocates and returns a cdev structure, or NULL on failure.
 541  */
 542 struct cdev *cdev_alloc(void)
 543 {
 544         struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
 545         if (p) {
 546                 INIT_LIST_HEAD(&p->list);
 547                 kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);
 548         }
 549         return p;
 550 }
 551
 552 /**
 553  * cdev_init() - initialize a cdev structure
 554  * @cdev: the structure to initialize
 555  * @fops: the file_operations for this device
 556  *
 557  * Initializes @cdev, remembering @fops, making it ready to add to the
 558  * system with cdev_add().
 559  */
 560 void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
 561 {
 562         memset(cdev, 0, sizeof *cdev);
 563         INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
 564         kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
 565         cdev->ops = fops;
 566 }
 567
 568 static struct kobject *base_probe(dev_t dev, int *part, void *data)
 569 {
 570         if (request_module("char-major-%d-%d", MAJOR(dev), MINOR(dev)) > 0)
 571                 /* Make old-style 2.4 aliases work */
 572                 request_module("char-major-%d", MAJOR(dev));
 573         return NULL;
 574 }
 575
 576 void __init chrdev_init(void)
 577 {
 578         cdev_map = kobj_map_init(base_probe, &chrdevs_lock);
 579         if (bdi_init(&directly_mappable_cdev_bdi))
 580                 panic("Failed to init directly mappable cdev bdi");
 581 }
 582
 583
 584 /* Let modules do char dev stuff */
 585 EXPORT_SYMBOL(register_chrdev_region);
 586 EXPORT_SYMBOL(unregister_chrdev_region);
 587 EXPORT_SYMBOL(alloc_chrdev_region);
 588 EXPORT_SYMBOL(cdev_init);
 589 EXPORT_SYMBOL(cdev_alloc);
 590 EXPORT_SYMBOL(cdev_del);
 591 EXPORT_SYMBOL(cdev_add);
 592 EXPORT_SYMBOL(__register_chrdev);
 593 EXPORT_SYMBOL(__unregister_chrdev);
 594 EXPORT_SYMBOL(directly_mappable_cdev_bdi);