驅動之路-設備模型之底層模型

一、重要知識點

1.Sysfs文件系統

Sysfs文件系統是一種類似于proc文件系統的特殊文件系統，它存在于內存當中，當系統啟動時由內核掛載于內存當中。用于將系統中的設備組織成層次結構，并向用戶模式程序提供詳細的數據結構信息。

2.Linux設備底層模型

1）為什么要使用設備模型

隨著系統的拓撲結構越來越復雜，以及要支持諸如電源管理等新特性的要求，于是在2.6的內核中出現了設備模型。設備模型其實就是一套數據結構建立起來的模型。內核使用該模型支持了多種不同的任務，包括：

a.電源管理和系統關機

設備模型使操作系統能夠以正確的順序遍歷系統硬件。

b.與用戶空間通信

Sysfs文件系統向用戶空間提供系統信息以及改變操作參數的結構。

c.熱插拔事件

d.設備類型

系統中許多部分對設備如何連接不感興趣，但是他們需要知道哪些類型設備時可用的。設備模型提供了將設備分類的機制。

e.對象的生命周期

上述的許多功能，包括熱插拔支持和sysfs，使得內核中管理對象的工作更為復雜。設備模型需要創造一套機制管理對象的生命周期。

2）Kobject

如果說設備模型是一套房子的話,Kobject就是構造房子的磚塊。每個注冊的Kobject的都對應與Sysfs文件系統中的一個目錄。Kobject是組成設備模型的基本結構。類似于C++的基類，它潛入于更大的對象中——所謂的容器，用來描述設備模型的組件。如bus,device,drivers都是典型的容器。這些容器就是通過kobject連接起來，形成一個樹狀結構。這個樹狀結構就與/sys文件系統對應。不過kobject只能建立單層結構，也就是只能建立一級目錄，要建立多級目錄，還要使用后面要介紹的Kset。

Kobject結構定義為：

struct kobject {

char * k name; 指向設備名稱的指針

char name[KOBJ NAME LEN]; 設備名稱

struct kref kref; 對象引用計數

struct list head entry; 掛接到所在kset中去的單元

struct kobject * parent; 指向父對象的指針

struct kset * kset; 所屬kset的指針

struct kobj type * ktype; 指向其對象類型描述符的指針

struct dentry * dentry; sysfs文件系統中與該對象對應的文件節點路徑指針

};

相關操作函數：

void kobjet_init(struct kobject*kobj)

初始化Kobject

int kobject_add(struct kobject*kobj)

將Kobject對象注冊到linux系統，如果失敗則返回一個錯誤碼.

int kobject_init_and_add(structkobject *kobj, kobj_type *ktype, struct kobject *parent, const *fmt…)

初始化并注冊kobject，kobject傳入要初始化的Kobject對象，ktype將在后面介紹到，parent指向上級的kobject對象，如果指定位NULL，將在/sys的頂層創建一個目錄。*fmt為kobject對象的名字。

kobject的ktype對象是一個指向kobject_type結構的指針，該結構記錄了kobject對象的一些屬性。每個kobject都需要對應一個相應的kobject結構。

struct kobj_type{

void?(*release)(struct kobject *kobj);

structsysfs_ops *sysfs_ops;

structattribute **default_attrs;

};

release方法用于釋放kobject占用的資源，當kobject引用計數為0時被調用。

kobje_type的attribute成員：

struct attribute{

char*name;//屬性文件名

structmodule *owner;

mode_tmode;

}

struct attribute(屬性)：對應于kobject的目錄下一個文件,name就是文件名。

kobje_type的struct sysfs_ops成員：

struct sysfs_ops

{

ssize_t (*show)(structkobejct *, ?struct attribute *,? char ?*name);

ssize_t (*store)(structkobejct *, ?struct attribute *,? char ?*name);

}

show:當用戶讀屬性文件時，該函數被調用，該函數將屬性值存入buffer中返回給用戶態；

store:當用戶寫屬性文件時，該函數被調用，用于存儲用戶存入的屬性值。

Kobject測試模塊：

#include???

MODULE_AUTHOR("David?Xie");??

MODULE_LICENSE("Dual?BSD/GPL");??

void?obj_test_release(struct?kobject?*kobject);??

ssize_t?kobj_test_show(struct?kobject?*kobject,?struct?attribute?*attr,char?*buf);??

ssize_t?kobj_test_store(struct?kobject?*kobject,struct?attribute?*attr,const?char?*buf,?size_t?count);??

struct?attribute?test_attr?=?{??

.name?=?"kobj_config",??

.mode?=?S_IRWXUGO,??

};??

static?struct?attribute?*def_attrs[]?=?{??

&test_attr,??

NULL,??

};??

struct?sysfs_ops?obj_test_sysops?=??

{??

.show?=?kobj_test_show,??

.store?=?kobj_test_store,??

};??

struct?kobj_type?ktype?=???

{??

.release?=?obj_test_release,??

.sysfs_ops=&obj_test_sysops,??

.default_attrs=def_attrs,??

};??

void?obj_test_release(struct?kobject?*kobject)??

{??

printk("eric_test:?release?.\n");??

}??

ssize_t?kobj_test_show(struct?kobject?*kobject,?struct?attribute?*attr,char?*buf)??

{??

printk("have?show.\n");??

printk("attrname:%s.\n",?attr->name);??

sprintf(buf,"%s\n",attr->name);??

return?strlen(attr->name)+2;??

}??

ssize_t?kobj_test_store(struct?kobject?*kobject,struct?attribute?*attr,const?char?*buf,?size_t?count)??

{??

printk("havestore\n");??

printk("write:?%s\n",buf);??

return?count;??

}??

struct?kobject?kobj;??

static?int?kobj_test_init()??

{??

printk("kboject?test?init.\n");??

kobject_init_and_add(&kobj,&ktype,NULL,"kobject_test");??

return?0;??

}??

static?int?kobj_test_exit()??

{??

printk("kobject?test?exit.\n");??

kobject_del(&kobj);??

return?0;??

}??

module_init(kobj_test_init);??

module_exit(kobj_test_exit);??

#include #include #include #include #include #include #include MODULE_AUTHOR("David Xie");MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");void obj_test_release(struct kobject *kobject);ssize_t kobj_test_show(struct kobject *kobject, struct attribute *attr,char *buf);ssize_t kobj_test_store(struct kobject *kobject,struct attribute *attr,const char *buf, size_t count);struct attribute test_attr = {.name = "kobj_config",.mode = S_IRWXUGO,};static struct attribute *def_attrs[] = {&test_attr,NULL,};struct sysfs_ops obj_test_sysops ={.show = kobj_test_show,.store = kobj_test_store,};struct kobj_type ktype ={.release = obj_test_release,.sysfs_ops=&obj_test_sysops,.default_attrs=def_attrs,};void obj_test_release(struct kobject *kobject){printk("eric_test: release .\n");}ssize_t kobj_test_show(struct kobject *kobject, struct attribute *attr,char *buf){printk("have show.\n");printk("attrname:%s.\n", attr->name);sprintf(buf,"%s\n",attr->name);return strlen(attr->name)+2;}ssize_t kobj_test_store(struct kobject *kobject,struct attribute *attr,const char *buf, size_t count){printk("havestore\n");printk("write: %s\n",buf);return count;}struct kobject kobj;static int kobj_test_init(){printk("kboject test init.\n");kobject_init_and_add(&kobj,&ktype,NULL,"kobject_test");return 0;}static int kobj_test_exit(){printk("kobject test exit.\n");kobject_del(&kobj);return 0;}module_init(kobj_test_init);module_exit(kobj_test_exit);

測試結果:

在/sys目錄下創建了kobject_test目錄

在kobject_test目錄下有kobj_config文件

讀kobject_config文件則調用了show函數。并在用戶空間顯示了show返回的kobject對象名字。

寫kobject_config文件調用了store函數。

3）Kset

kset的主要功能是包容；我們可以認為他他是kobject的頂層容器。實際上，在每個kset對象的內部，包含了自己的kobject，并且可以用多種處理kobject的方法處理kset。如果說kobject是基類的話，那么kset就是派送類。kobject通過kset組織成層次化的結構，kset是相同類型的組合。通俗的講，kobject建立一級的子目錄，kset可以為kobject建立多級的層次性的父目錄。

struct kset {

struct subsystem * subsys; 所在的subsystem的指針

struct kobj type * ktype; 指向該kset對象類型描述符的指針

struct list head list; 用于連接該kset中所有kobject的鏈表頭

struct kobject kobj; 嵌入的kobject

struct ?kset_uevent_ops * uevent_ops; 指向熱插拔操作表的指針

};

包含在kset中的所有kobject被組織成一個雙向循環鏈表，list域正是該鏈表的頭。Ktype域指向一個kobj type結構，被該kset中的所有kobject共享，表示這些對象的類型。Kset數據結構還內嵌了一個kobject對象（由kobj域表示），所有屬于這個kset 的kobject對象的parent域均指向這個內嵌的對象。此外，kset還依賴于kobj維護引用計數：kset的引用計數實際上就是內嵌的kobject對象的引用計數。

kset與kobject的關系圖

Kset操作：

int kset_register(struct kset*kset)

注冊kset

void kset_unregister(struct kset*kset)

注銷kset

熱插拔事件：在linux系統中，當系統配置發生變化時，如添加kset到系統或移動kobject，一個通知會從內核空間發送到用戶空間，這就是熱插拔事件。熱插拔事件會導致用戶空間中的處理程序（如udev,mdev）被調用，這些處理程序會通過加載驅動程序，創建設備節點等來響應熱插拔事件。

對熱插拔事件的實際控制是由struct kset_uevent_ops結構中的函數完成的。

struct kset_uevnt_ops{

int (*filter)(struct kset *kset,struct ?kobject *kobj);

const char *(*name)(struct kset *kset, struct?kobject *kobj );

int (*uevent)(struct kset *kset,struct ?kobject *kobj，struct kobj_uevent *env);

}

filter決定是否產生事件，如果返回0，將不產生事件。

name向用戶空間傳遞一個合適的字符串

uevent通過環境變量傳遞任何熱插拔腳本需要的信息，他會在(udev或mdev)調用之前，提供添加環境變量的機會。

kset測試模塊：

#include???

MODULE_AUTHOR("David?Xie");??

MODULE_LICENSE("Dual?BSD/GPL");??

struct?kset?kset_p;??

struct?kset?kset_c;??

int?kset_filter(struct?kset?*kset,?struct?kobject?*kobj)??

{??

printk("Filter:?kobj?%s.\n",kobj->name);??

return?1;??

}??

const?char?*kset_name(struct?kset?*kset,?struct?kobject?*kobj)??

{??

static?char?buf[20];??

printk("Name:?kobj?%s.\n",kobj->name);??

sprintf(buf,"%s","kset_name");??

return?buf;??

}??

int?kset_uevent(struct?kset?*kset,?struct?kobject?*kobj,struct?kobj_uevent_env?*env)??

{??

int?i?=?0;??

printk("uevent:?kobj?%s.\n",kobj->name);??

while(?i?envp_idx){??

printk("%s.\n",env->envp[i]);??

i++;??

}??

return?0;??

}??

struct?kset_uevent_ops?uevent_ops?=???

{??

.filter?=?kset_filter,??

.name???=?kset_name,??

.uevent?=?kset_uevent,??

};??

int?kset_test_init()??

{??

printk("kset?test?init.\n");??

kobject_set_name(&kset_p.kobj,"kset_p");??

kset_p.uevent_ops?=?&uevent_ops;??

kset_register(&kset_p);??

kobject_set_name(&kset_c.kobj,"kset_c");??

kset_c.kobj.kset?=?&kset_p;??

kset_register(&kset_c);??

return?0;??

}??

int?kset_test_exit()??

{??

printk("kset?test?exit.\n");??

kset_unregister(&kset_p);??

kset_unregister(&kset_c);??

return?0;??

}??

module_init(kset_test_init);??

module_exit(kset_test_exit);??

#include #include #include #include #include #include #include #include MODULE_AUTHOR("David Xie");MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");struct kset kset_p;struct kset kset_c;int kset_filter(struct kset *kset, struct kobject *kobj){printk("Filter: kobj %s.\n",kobj->name);return 1;}const char *kset_name(struct kset *kset, struct kobject *kobj){static char buf[20];printk("Name: kobj %s.\n",kobj->name);sprintf(buf,"%s","kset_name");return buf;}int kset_uevent(struct kset *kset, struct kobject *kobj,struct kobj_uevent_env *env){int i = 0;printk("uevent: kobj %s.\n",kobj->name);while( i < env->envp_idx){printk("%s.\n",env->envp[i]);i++;}return 0;}struct kset_uevent_ops uevent_ops ={.filter = kset_filter,.name = kset_name,.uevent = kset_uevent,};int kset_test_init(){printk("kset test init.\n");kobject_set_name(&kset_p.kobj,"kset_p");kset_p.uevent_ops = &uevent_ops;kset_register(&kset_p);kobject_set_name(&kset_c.kobj,"kset_c");kset_c.kobj.kset = &kset_p;kset_register(&kset_c);return 0;}int kset_test_exit(){printk("kset test exit.\n");kset_unregister(&kset_p);kset_unregister(&kset_c);return 0;}module_init(kset_test_init);module_exit(kset_test_exit);
測試結果：