Linux设备驱动模型-Kset

前言

当多个kobject属于同一类的时候，为了方便管理，就引入了Kset。Kset可以认为是一组kobject的集合，是kobject的容器。

比如/sys/bus下就属于同一类kobject。

shell@test:/sys/bus $ ls
clockevents
clocksource
container
coresight
cpu
event_source
hid
i2c
iio
mdio_bus
mmc
platform
scsi
sdio
serio
spi
usb
virtio
workqueue

数据结构

linux内核使用struct kset结构体代表一个kset结构

struct kset {struct list_head list;spinlock_t list_lock;struct kobject kobj;const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
};

list: 用来将kset下的kobject使用链表管理。

list_lock: 对kset上的list访问操作时，使用spinlock进行互斥保护。

kobj: kset本身也是一个内核对象，所以需要嵌入kobject进行管理。

uevent_ops: kset的uevent操作函数集合。当其中的kobject对象的状态发生变化需要通知用户空间的时候，就需要调用uevent_ops中的函数。

struct kset_uevent_ops定义如下：

struct kset_uevent_ops {int (* const filter)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj,struct kobj_uevent_env *env);
};

kset操作

kset_init（初始化一个kset对象）

/*** kset_init - initialize a kset for use* @k: kset*/
void kset_init(struct kset *k)
{kobject_init_internal(&k->kobj);                       //初始化kobjectINIT_LIST_HEAD(&k->list);                              //初始化链表spin_lock_init(&k->list_lock);                         //初始化自旋锁
}

kset_register（初始化然后添加kset）

/*** kset_register - initialize and add a kset.* @k: kset.*/
int kset_register(struct kset *k)
{int err;if (!k)return -EINVAL;kset_init(k);                                           //初始化操作err = kobject_add_internal(&k->kobj);                   //将kset->kobject对象添加到sys下，此过程和添加kobject操作一样。if (err)return err;kobject_uevent(&k->kobj, KOBJ_ADD);                     //通过uevent机制通知用户空间return 0;
}

关于uevent机制，会在后面的uevent文章中详细说明，此处先跳过。

kset_create（动态创建一个Kset）

tatic struct kset *kset_create(const char *name,const struct kset_uevent_ops *uevent_ops,struct kobject *parent_kobj)
{struct kset *kset;int retval;kset = kzalloc(sizeof(*kset), GFP_KERNEL);if (!kset)return NULL;retval = kobject_set_name(&kset->kobj, "%s", name);                                //设置name域if (retval) {kfree(kset);return NULL;}kset->uevent_ops = uevent_ops;                         //设置uevent_opskset->kobj.parent = parent_kobj;                       //设置parent/** The kobject of this kset will have a type of kset_ktype and belong to* no kset itself.  That way we can properly free it when it is* finished being used.*/kset->kobj.ktype = &kset_ktype;                   //设置ktypekset->kobj.kset = NULL;return kset;
}

kset_create_and_add（kset_register和kset_create的结合体）

struct kset *kset_create_and_add(const char *name,const struct kset_uevent_ops *uevent_ops,struct kobject *parent_kobj)
{struct kset *kset;int error;kset = kset_create(name, uevent_ops, parent_kobj);if (!kset)return NULL;error = kset_register(kset);if (error) {kfree(kset);return NULL;}return kset;
}

示例

本例看下/sys/module下节点的创建过程。

kernel/kernel/params.c
------------------------------------
static int __init param_sysfs_init(void)
{module_kset = kset_create_and_add("module", &module_uevent_ops, NULL);if (!module_kset) {printk(KERN_WARNING "%s (%d): error creating kset\n",__FILE__, __LINE__);return -ENOMEM;}module_sysfs_initialized = 1;version_sysfs_builtin();param_sysfs_builtin();return 0;
}

可以看到通过kset_create_and_add创建一个名字为"module"的kset。表现在sys下就是在sys下存在一个module的目录。

root@sp9860g_1h10_3g:/sys/module # ls
ahci_xgene
audio_smsg
bcmdhd
binder
block
bluetooth
brcm_lpm
cfg80211
configfs
coresight_etm4x
cpuidle
dm_bufio
dm_mod
dm_verity
dwc3
dynamic_debug
.....

那module下的这些节点是什么时候创建的？带着此问题继续看代码。

static void __init param_sysfs_builtin(void)
{const struct kernel_param *kp;unsigned int name_len;char modname[MODULE_NAME_LEN];for (kp = __start___param; kp < __stop___param; kp++) {char *dot;if (kp->perm == 0)continue;dot = strchr(kp->name, '.');if (!dot) {/* This happens for core_param() */strcpy(modname, "kernel");name_len = 0;} else {name_len = dot - kp->name + 1;strlcpy(modname, kp->name, name_len);}kernel_add_sysfs_param(modname, kp, name_len);}
}

对kernel中在.param段的模块参数，通过kernel_add_sysfs_param添加到sys中。而__start___param和__stop___param定义在链接脚本中。

  /* Built-in module parameters. */               \__param : AT(ADDR(__param) - LOAD_OFFSET) {            \VMLINUX_SYMBOL(__start___param) = .;          \*(__param)                     \VMLINUX_SYMBOL(__stop___param) = .;           \}

而这些模块参数，是通过module_param等相关函数设置的。

#define module_param(name, type, perm)               \module_param_named(name, name, type, perm)

接着上面的分析，看kernel_add_sysfs_param此函数，在此函数中通过locate_module_kobject函数建立起与kset（module_kset）之间的联系。

static struct module_kobject * __init locate_module_kobject(const char *name)
{struct module_kobject *mk;struct kobject *kobj;int err;kobj = kset_find_obj(module_kset, name);                                 //通过name域找下kobj是否存在，存在就返回，不存在创建新的if (kobj) {mk = to_module_kobject(kobj);                  } else {mk = kzalloc(sizeof(struct module_kobject), GFP_KERNEL);BUG_ON(!mk);mk->mod = THIS_MODULE;mk->kobj.kset = module_kset;err = kobject_init_and_add(&mk->kobj, &module_ktype, NULL,             //设置kset， ktype,  创建新的kobj"%s", name);
#ifdef CONFIG_MODULESif (!err)err = sysfs_create_file(&mk->kobj, &module_uevent.attr);        //创建kobj的属性，
#endifif (err) {kobject_put(&mk->kobj);pr_crit("Adding module '%s' to sysfs failed (%d), the system may be unstable.\n",name, err);return NULL;}/* So that we hold reference in both cases. */kobject_get(&mk->kobj);}return mk;
}

当用户通过insmod插入一个模块的时候，最后调用到init_module系统调用

SYSCALL_DEFINE3(init_module, void __user *, umod,unsigned long, len, const char __user *, uargs)
{int err;struct load_info info = { };err = may_init_module();if (err)return err;pr_debug("init_module: umod=%p, len=%lu, uargs=%p\n",umod, len, uargs);err = copy_module_from_user(umod, len, &info);if (err)return err;return load_module(&info, uargs, 0);
}

下面是load_module的调用流程，只关心跟本节相关的。

load_module->mod_sysfs_setup->module_param_sysfs_setup->add_sysfs_paramnew->grp.name = "parameters";new->grp.attrs = attrs;new->attrs[num].mattr.show = param_attr_show;new->attrs[num].mattr.store = param_attr_store;

最终会在/sys/module下的任何一个模块，都会有一个名字为"parameters"的目录。比如/sys/module/printk

root@test:/sys/module/printk # ls
parameters
uevent

在parameters下的模块参数有：

root@test:/sys/module/printk/parameters # ls
always_kmsg_dump
console_suspend
cpuid
ignore_loglevel
time

这些属性都是在printk中通过

module_param(ignore_loglevel, bool, S_IRUGO | S_IWUSR);

相同此种方法创建的。