谈这些概念之前，首先不得不说下devfs。devfs（设备文件系统）时由Linux2.4内核引入的，它的出现可以使得程序在设备初始化时在/dev目录下创建设备文件，卸载时将它删除。虽然它在2.6内核版本后已被udev取代，这里还是简要列出它的范例，方便后面的分析。
static devfs_handle_t devfs_handle
static int __init xxx_init(void){
int ret;
/* 内核中注册设备 */
ret = register_chrdev(XXX_MAJOR, DEVICE_NAME, &xxx_fops);
if(ret < 0){...}
/* 创建设备文件 */
devfs_handle = devfs_register(NULL, DEVICE_NAME, DEVFS_FL_DEFAULT,
XXX_MAJOR, 0, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR, &xxx_fops, NULL);
return 0;
}
static void __exit xxx_exit(void){
devfs_unregister(devfs_handle); /* 撤销设备文件 */
unregister_chrdev(XXX_MAJOR, DEVICE_NAME); /* 注销设备 */
}devfs_register()和devfs_unregister()这些API已经被删除了，但register_chrdev()和unregister_chrdev()在Linux2.6以后的内核中仍被采用，在程序中可以直接给register_chrdev()传递0主设备号以获得可用的主设备号，这个功能还是很好用的，但是，却不被推荐使用，因为在udev中出现了新的申请设备号的方式。
udev中注册设备的方法如下。
/* 主设备号和从设备号 */
static int dev_major = 0;
static int dev_minor = 0;
/* 设备结构体定义 */
struct dev_struct{
struct cdev cdev; /* cdev 结构体 */
int val; /* 设备的一个属性，这里定义它为设备的一个寄存器 */
struct semaphore sem; /* 信号量，用于设备驱动并发控制 */
... /* 自定义的其它数据 */
};
dev_struct *struct_devp; /* 设备结构体指针 */
static ini __init xxx_init(void){
int err;
dev_t devno = 0;
/* 动态分配主设备号和从设备号 */
err = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, DEVICE_NAME);
if(err < 0){ ... }
dev_major = MAJOR(devno);
/* 动态申请设备结构体的内存 */
struct_devp = kmalloc(sizeof(struct dev_struct), GFP_KERNEL);
if(!struct_devp){ ... }
memset(struct_devp, 0, sizeof(struct dev_struct));
/* 初始化设备 */
devno = MKDEV(dev_major, dev_minor);
cdev_init(&struct_devp->cdev, &xxx_fops);
struct_devp->cdev.owner = THIS_MODULE;
struct_devp->cdev.ops = &xxx_fops;
err = cdev_add(&struct_devp->cdev, devno, 1);
if(err){ ... }
/* 初始化信号量和寄存器val的值 */
init_MUTE(struct_devp->sem);
struct_devp->val = 0;
}这里仅仅是udev方式下利用cdev结构体注册设备的过程，也就是devfs下register_chrdev()所做的东西，可以看到，代码多了几行，其驱动使用的便利性也是要产生额外的步骤的。其中，udev下申请设备号有两种方法，动态申请设备号如上面利用alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, DEVICE_MODE_NAME)函数，如果已知主设备号，可以通过register_chrdev_region(devno, 1, DEVICE_MODE_NAME)函数来申请。
那么，在udev方式下怎么生成设备文件呢，这就回到udev的概念上了，udev是操作系统的一个守护进程，下面是它的说明。
udev是硬件平台无关的，属于user space的进程，它脱离驱动层的关联而建立在操作系统之上，基于这种设计实现，我们可以随时修改及删除/dev下的设备文件名称和指向，随心所欲地按照我们的愿望安排和管理设备文件系统，而完成如此灵活的功能只需要简单地修改udev的配置文件即可，无需重新启动操作系统。udev已经使得我们对设备的管理如探囊取物般轻松自如。
udev创建设备文件是通过读取内核从netlink套接字里发出的信息来工作，比如，当硬件设备加入或移除时，内核会发送热插拔事件。继续分析，就设计到udev的规则文件了，我们这里只说说概念就行了。在嵌入式系统中，也可以使用udev的轻量级版本mdev，mdev集成与busybox中。Android中采用vold，它和udev是一样的，同样是监听基于netlink的套接字，并解析收到的消息。
说了这么多，下面给出在程序中利用udev机制创建设备文件的方法。接着上面xxx_init()函数里的程序继续。
static struct class* dev_class = NULL;
struct device* dev_device = NULL;
/* 在/sys/class/目录下创建设备类别目录DEVICE_CLASS */
dev_class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_CLASS);
if(IS_ERR(dev_class)){ ... }
/* 在/dev/目录和/sys/class/DEVICE_CLASS目录下分别创建设备文件DEVICE_NAME */
dev_device = device_create(dev_class, NULL, devno, "%s", DEVICE_NAME);
if(IS_ERR(dev_device)){ ... }其中class_create()函数创建了一个struct class结构体，作为device_create()函数的参数。device_create()函数创建一个设备并将其注册到sysfs中，同时在系统的sys/class和sys/device目录下会生成相应的类和设备入口。此外device_create()函数还会发出用户空间udev的动作，udev会根据sysfs下的class在/dev/目录下创建设备节点，这为自动创建设备节点提供了一种途径。通过该设备节点（/dev/DEVICE_NAME），可以像访问文件的方式来访问设备，其中文件的各个访问函数由初始化设备程序cdev_init(&struct_devp->cdev, &xxx_fops);中xxx_fops结构体来指定。
通过device_create函数，我们就可以不用mknod命令手动的创建设备节点了。由此看来，udev与sysfs息息相关，下面说说sys文件系统。sysfs文件系统能直观地反应加入计算机的总线、设备的信息（通过kobject对象实现）。但是，它仅仅是一种体现和反应，并不能如devfs一样，在生成设备文件时（不管设备在不在），就直接把设备驱动加载进来（其实，这是不必要的）。如果想智能地控制外部设备的管理，还需要一个任务，一个专业的工具。在devfs里，是由一个内核线程完成的。而udev正好相反，它通过等待内核注册过的设备热插拔引起的事件，激发相应的功能。
sysfs的作用与proc有些类似，但除了与proc相同的具有查看和设定内核参数功能之外，还有为Linux统一设备驱动模型作为管理之用。sysfs相比proc，设计上比较清晰。一个proc虚拟文件可能有内部格式，如/proc/scsi/scsi，它是可读可写的，并且读写格式不一样，代表不同的操作，应用程序读到了这个文件的内容一般还需要进行字符串解析，而在写入时需要先用字符串格式化按指定的格式写入字符串进行操作；相比而言，sysfs的设计原则是一个属性文件只做一件事情，sysfs属性文件一般只有一个值，直接读取或写入。真个/proc/scsi目录在2.6内核中已被标记为过时（LEGACY），它的功能已经被相应的/sys属性文件所完全取代。新设计的内核机制应该尽量使用sysfs机制，而将proc保留给纯净的“进程文件系统”。
下面对比下通过proc文件系统控制设备以及通过sysfs访问设备属性文件的方法。首先看在sysfs下创建设备属性文件。
/* 在/sys/class/DEVICE_CLASS/DEVICE_CLASS目录下创建属性文件val */
err = device_create_file(dev_device, &dev_attr_val);
if(err < 0){ ... }
dev_set_drvdata(dev_device, struct_devp);
/* 定义设备属性 */
static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO|S_IWUSR, dev_val_show, dev_val_store);
/* 访问设置属性方法 */
static ssize_t dev_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf);
static ssize_t dev_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count);
/* 读取设备属性 */
static ssize_t dev_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf){
struct dev_struct* hdev = (struct dev_struct*)dev_get_drvdata(dev);
return __dev_get_val(hdev, buf);
}
/* 写设备属性 */
static ssize_t dev_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count){
struct dev_struct* hdev = (struct dev_struct*)dev_get_drvdata(dev);
return __dev_set_val(hdev, buf, count);
}
/* 读取寄存器val的值到缓冲区buf中，内部使用 */
static ssize_t __dev_get_val(struct dev_struct* dev, char* buf){
int val = 0;
/* 同步访问 */
if(down_interruptible(&(dev->sem))){
return -ERESTAETSYS;
}
val = dev->val;
up(&(dev->sem));
return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%d\n", val);
}
/* 把缓冲区buf的值写到设备寄存器val中去，内部使用 */
static ssize_t __dev_set_val(struct dev_struct* dev, const char* buf, size_t count){
int val = 0;
/* 将字符串转成数字 */
val = simple_strtol(buf, NULL, 10);
/* 同步访问 */
if(down_interruptible(&(dev->sem))){
return -ERESTAETSYS;
}
dev->val = val;
up(&(dev->sem));
return count;
}在sysfs下创建设备属性文件很简单，也就两个函数，device_create_file(dev_device, &dev_attr_val)函数将dev_device这个设备与val属性绑定，val属性通过static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO|S_IWUSR, dev_val_show, dev_val_store);定义，其中S_IRUGO|S_IWUSR表示val属性文件可读可写，其读写函数分别为dev_val_show()和dev_val_store()。dev_set_drvdata(dev_device, struct_devp)函数将dev_device设备与struct_devp设备结构体指针绑定，后面读写函数中通过struct dev_struct* hdev = (struct dev_struct*)dev_get_drvdata(dev);方式将设备结构体指针取出，从而访问设备结构体中的属性。
接着看在/proc目录下创建设备属性节点的方法，程序如下。
/* 创建/proc/hello文件 */
struct proc_dir_entry* entry;
entry = create_proc_entry(DEVICE_PROC_NAME, 0, NULL);
if(entry){
entry->read_proc = dev_proc_read;
entry->write_proc = dev_proc_write;
}
/* 读取设备寄存器val的值，保存在page缓冲区中 */
static ssize_t dev_proc_read(char* page, char** start, off_t off, int count, int* eof, void* data){
if(off > 0){
*eof = 1;
return 0;
}
return __dev_get_val(struct_devp, page);
}
/* 把缓冲区的值buff保存到设备寄存器val中 */
static ssize_t dev_proc_write(struct file* filp, const char __user* buff, unsigned long len, void* data){
int err = 0;
char* page = NULL;
if(len > PAGE_SIZE){
printk(KERN_ALERT"The buff is too large:%lu.\n", len);
return -EFAULT;
}
page = (char*)__get_free_page(GFP_KERNEL);
if(!page){
printk(KERN_ALERT"Failed to alloc page.\n");
return -ENOMEM;
}
/* 先把用户提供的缓冲区值复制到内核缓冲区中 */
if(copy_from_user(page, buff, len)){
printk(KERN_ALERT"Failed to copy buff from user.\n");
err = -EFAULT;
goto out;
}
err = __dev_set_val(struct_devp, page, len);
out:
free_page((unsigned long)page);
return err;
}可以看到，通过proc文件系统访问设备属性与通过sys文件系统访问设备属性极为类似，在proc文件系统中，通过entry = create_proc_entry(DEVICE_PROC_NAME, 0, NULL);创建/proc/DEVICE_PROC_NAME设备节点，通过entry->read_proc = dev_proc_read; entry->write_proc = dev_proc_write;来指定访问设备属性的方法。
相对而言，sys文件系统中将设备进行了分类管理，通过class_create(THIS_MODULE, DEVICE_CLASS);的方式将设备进行分类到/sys/class目录下，class目录包含系统中的设备类型（如网卡设备、声卡设备、输入设备等），/sys下还有block目录包含所有的块设备，devices目录包含系统所有的设备，并根据设备挂接的总线类型组织成层次结构，bus目录包含系统中的所有总线类型。sysfs下将linux驱动的拓扑结构整理为总线、设备和类的关系，将设备、驱动挂在总线上，由总线来匹配设备和驱动，达到系统探测到设备，然后再加载驱动的效果。这一篇并没有用到总线，直接就将驱动加载上了，后面再单独一篇写linux的设备驱动模型。