Linux那些事兒之我是Sysfs(2)linux設備底層模型

關於linux設備模型網上有一些論述，有些東西我就用了拿來主義，進行了修改和整理。
§1 Kobject
Kobject 是Linux 2.6引入的新的設備管理機制，在內核中由struct kobject表示。通過這個數據結構使所有設備在底層都具有統一的接口，kobject提供基本的對象管理，是構成Linux2.6設備模型的核心結構，它與sysfs文件系統緊密關聯，每個在內核中注冊的kobject對象都對應於sysfs文件系統中的一個目錄。Kobject是組成設備模型的基本結構。類似於C++中的基類，它嵌入於更大的對象的對象中--所謂的容器--用來描述設備模型的組件。如bus,devices,
drivers 都是典型的容器。這些容器就是通過kobject連接起來了，形成了一個樹狀結構。這個樹狀結構就與/sys向對應。
kobject 結構為一些大的數據結構和子系統提供了基本的對象管理，避免了類似機能的重復實現。這些機能包括
- 對象引用計數.
- 維護對象鏈表(集合).
- 對象上鎖.
- 在用戶空間的表示.
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
};
其中的kref域表示該對象引用的計數，內核通過kref實現對象引用計數管理，內核提供兩個函數kobject_get()、kobject_put()分別用於增加和減少引用計數，當引用計數為0時，所有該對象使用的資源釋放。Ktype 域是一個指向kobj type結構的指針，表示該對象的類型。
相關函數
void kobject_init(struct kobject * kobj)；kobject初始化函數。
int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, ...)；設置指定kobject的名稱。
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)；將kobj 對象的引用計數加1，同時返回該對象的指針。
void kobject_put(struct kobject * kobj)； 將kobj對象的引用計數減1，如果引用計數降為0，則調用kobject release()釋放該kobject對象。
int kobject_add(struct kobject * kobj)；將kobj對象加入Linux設備層次。掛接該kobject對象到kset的list鏈中，增加父目錄各級kobject的引用計數，在其parent指向的目錄下創建文件節點，並啟動該類型內核對象的hotplug函數。
int kobject_register(struct kobject * kobj)；kobject注冊函數。通過調用kobject init()初始化kobj，再調用kobject_add()完成該內核對象的注冊。
void kobject_del(struct kobject * kobj)；從Linux設備層次(hierarchy)中刪除kobj對象。
void kobject_unregister(struct kobject * kobj)；kobject注銷函數。與kobject register()相反，它首先調用kobject del從設備層次中刪除該對象，再調用kobject put()減少該對象的引用計數，如果引用計數降為0，則釋放kobject對象。
§2 Kobj type
struct kobj_type {
void (*release)(struct kobject *);
struct sysfs_ops * sysfs_ops;
struct attribute ** default_attrs;
};
Kobj type數據結構包含三個域：一個release方法用於釋放kobject占用的資源；一個sysfs ops指針指向sysfs操作表和一個sysfs文件系統缺省屬性列表。Sysfs操作表包括兩個函數store()和show()。當用戶態讀取屬性時，show()函數被調用，該函數編碼指定屬性值存入buffer中返回給用戶態；而store()函數用於存儲用戶態傳入的屬性值。
attribute
struct attribute {
char * name;
struct module * owner;
mode_t mode;
};
attribute, 屬性。它以文件的形式輸出到sysfs的目錄當中。在kobject對應的目錄下面。文件
名就是name。文件讀寫的方法對應於kobj type中的sysfs ops。
§3. kset
kset最重要的是建立上層(sub-system)和下層的(kobject)的關聯性。kobject 也會利用它了分辨自已是屬於那一個類型，然後在/sys 下建立正確的目錄位置。而kset 的優先權比較高，kobject會利用自已的*kset 找到自已所屬的kset，並把*ktype 指定成該kset下的ktype，除非沒有定義kset，才會用ktype來建立關系。Kobject通過kset組織成層次化的結構，kset是具有相同類型的kobject的集合，在內核中用kset數據結構表示，定義為：
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; 用於連接該kset中所有kobject的鏈表頭
struct kobject kobj; 嵌入的kobject
struct kset hotplug ops * hotplug 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），所有屬於這個kset 的kobject對象的parent域均指向這個內嵌的對象。此外，kset還依賴於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。
見圖1，kset與kobject的關系圖

這幅圖很經典，她反映了整個kobject的連接情況。
相關函數
與kobject 相似，kset_init()完成指定kset的初始化，kset_get()和kset_put()分別增加和減少kset對象的引用計數。Kset_add()和kset_del()函數分別實現將指定keset對象加入設備層次和從其中刪除；kset_register()函數完成kset的注冊而kset_unregister()函數則完成kset的注銷。
§4 subsystem
如果說kset 是管理kobject 的集合，同理，subsystem 就是管理kset 的集合。它描述系統中某一類設備子系統，如block subsys表示所有的塊設備，對應於sysfs文件系統中的block目錄。類似的，devices subsys對應於sysfs中的devices目錄，描述系統中所有的設備。Subsystem由struct subsystem數據結構描述，定義為：
struct subsystem {
struct kset kset; 內嵌的kset對象
struct rw semaphore rwsem; 互斥訪問信號量
};
可以看出，subsystem與kset的區別就是多了一個信號量，所以在後來的代碼中，subsystem已經完全被kset取締了。
每個kset屬於某個subsystem，通過設置kset結構中的subsys域指向指定的subsystem可以將一個kset加入到該subsystem。所有掛接到同一subsystem的kset共享同一個rwsem信號量，用於同步訪問kset中的鏈表。
相關函數
subsystem有一組類似的函數，分別是：
void subsystem_init(struct subsystem *subsys);
int subsystem_register(struct subsystem *subsys);
void subsystem_unregister(struct subsystem *subsys);
struct subsystem *subsys_get(struct subsystem *subsys)
void subsys_put(struct subsystem *subsys);
關於那些函數的用法，會在後面的舉例中詳細講。這裡僅僅是一個介紹。