Linux那些事儿之我是Sysfs(2)linux设备底层模型

关于linux设备模型网上有一些论述，有些东西我就用了拿来主义，进行了修改和整理。

§1 Kobject

Kobject 是Linux 2.6引入的新的设备管理机制，在内核中由struct kobject表示。通过这个数据结构使所有设备在底层都具有统一的接口，kobject提供基本的对象管理，是构成Linux2.6设备模型的核心结构，它与sysfs文件系统紧密关联，每个在内核中注册的kobject对象都对应于sysfs文件系统中的一个目录。Kobject是组成设备模型的基本结构。类似于C++中的基类，它嵌入于更大的对象的对象中--所谓的容器--用来描述设备模型的组件。如bus,devices, drivers 都是典型的容器。这些容器就是通过kobject连接起来了，形成了一个树状结构。这个树状结构就与/sys相对应。

kobject 结构为一些大的数据结构和子系统提供了基本的对象管理，避免了类似机能的重复实现。这些机能包括

- 对象引用计数.

- 维护对象链表(集合).

- 对象上锁.

- 在用户空间的表示.

Kobject结构定义为：

文件：include/linux/kobject.h

struct kobject {
const char                  *name;指向设备名称的指针
struct list_head        entry;挂接到所在kset中去的单元
struct kobject           *parent;指向父对象的指针
struct kset                 *kset;所属kset的指针
struct kobj_type       *ktype;指向其对象类型描述符的指针
struct kernfs_node  *sd; sysfs文件系统中与该对象对应的文件节点路径指针
struct kref                  kref;对象引用计数
#ifdef CONFIG_DEBUG_KOBJECT_RELEASE
struct delayed_work        release;
#endif
unsigned int state_initialized:1;
unsigned int state_in_sysfs:1;
unsigned int state_add_uevent_sent:1;
unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
unsigned int uevent_suppress:1;
};

其中的kref域表示该对象引用的计数，内核通过kref实现对象引用计数管理，内核提供两个函数kobject_get()、kobject_put()分别用于增加和减少引用计数，当引用计数为0时，所有该对象使用的资源释放。Ktype域是一个指向kobj type结构的指针，表示该对象的类型。

相关函数

void kobject_init(struct kobject * kobj)；kobject初始化函数。

int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, ...)；设置指定kobject的名称。

struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)；将kobj对象的引用计数加1，同时返回该对象的指针。

void kobject_put(struct kobject * kobj)；将kobj对象的引用计数减1，如果引用计数降为0，则调用kobject_release ()释放该kobject对象。

int kobject_add(struct kobject * kobj)；将kobj对象加入Linux设备层次。挂接该kobject对象到kset的list链中，增加父目录各级kobject的引用计数，在其parent指向的目录下创建文件节点，并启动该类型内核对象的hotplug函数。

int kobject_init_and_add(struct kobject * kobj)；kobject注册函数。通过调用kobject_init ()初始化kobj，再调用kobject_add()完成该内核对象的注册。

void kobject_del(struct kobject * kobj)；从Linux设备层次(hierarchy)中删除kobj对象。

void kset_unregister(struct kobject * kobj)；kobject注销函数。与kobject_register()相反，它首先调用kobject_del从设备层次中删除该对象，再调用kobject_put()减少该对象的引用计数，如果引用计数降为0，则释放kobject对象。

§2 Kobj type

include/linux/kobject.h

struct kobj_type {
void (*release)(struct kobject *kobj);
const struct sysfs_ops *sysfs_ops;
struct attribute **default_attrs;
const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};

Kobj_type数据结构包含五个域：一个release方法用于释放kobject占用的资源；一个sysfs_ops指针指向sysfs操作表和一个sysfs文件系统缺省属性列表。Sysfs操作表包括两个函数store()和show()。当用户态读取属性时，show()函数被调用，该函数编码指定属性值存入buffer中返回给用户态；而store()函数用于存储用户态传入的属性值。

include/linux/sysfs.h

struct attribute {
const char      *name;
umode_t         mode;
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
bool            ignore_lockdep:1;
struct lock_class_key   *key;
struct lock_class_key   skey;
#endif
};

attribute, 属性。它以文件的形式输出到sysfs的目录当中。在kobject对应的目录下面。文件名就是name。文件读写的方法对应于kobj_type中的sysfs_ops。

§3. kset

kset最重要的是建立上层(sub-system)和下层的(kobject)的关联性。kobject也会利用它来分辨自已是属于哪一个类型，然后在/sys下建立正确的目录位置。而kset的优先权比较高，kobject会利用自已的*kset找到自已所属的kset，並把*ktype指定成該kset下的ktype，除非沒有定义kset，才会用ktype來建立关系。Kobject通过kset组织成层次化的结构，kset是具有相同类型的kobject的集合，在内核中用kset数据结构表示，定义为：

include/linux/kobject.h

struct kset {
struct list_head list;用于连接该kset中所有kobject的链表头
spinlock_t list_lock;
struct kobject kobj;嵌入的kobject
const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
};

包含在kset中的所有kobject被组织成一个双向循环链表，list域正是该链表的头。Kset数据结构内嵌了一个kobject对象（由kobj域表示），所有属于这个kset的kobject对象的parent域均指向这个内嵌的对象。此外，kset还依赖于kobj维护引用计数：kset的引用计数实际上就是内嵌的kobject对象的引用计数。

见图1，kset与kobject的关系图

这幅图很经典，她反映了整个kobject的连接情况。

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