Linux设备驱动编程模型之上层容器篇Word下载.docx
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图一是挂载于/sys目录下的sysfs文件系统的局部视图。
/sys
|—block/
|
|–fd0
|–hda
|–dev
|–device->
../../devices/pci0000:
00/0000:
00:
1f.1/ide0/0.0
…
|–bus/
|–class/
|–devices/
|–firmware/
|–power/
|–module/
Sysfs的根目录下包含了七个目录：
block,
bus,
class,devices,
firmware,
module和power。
block目录下的每个子目录都对应着系统中的一个块设备。
反过来，每个目录下又都包含了该块设备的所有分区。
bus目录提供了一个系统总线视图。
class目录包含了以高层功能逻辑组织起来的系统设备视图。
devices目录是系统中设备拓扑结构视图，它直接映射出了内核中设备结构体的组织层次。
firmware目录包含了一些诸如ACPI,EDD,EFI等低层子系统的特殊树。
power目录包含了系统范围的电源管理数据。
其中最重要的目录是devices，该目录将设备模型导出到用户空间。
目录结构就是系统中实际的设备拓扑。
其它目录中的很多数据都是将devices目录下的数据加以转换加工而得。
比如,/sys/class/net/目录是以注册网络接口这一高层概念来组织设备关系的，在这个目中可能会有目录eth0，它里面包含的devices文件其实就是一个指回到devices下实际设备目录的符号连接。
随便看看任何你可访问到的Linux系统，这种系统设备视图相当准确和漂亮，而且可以看到class中的高层概念与devices中的低层物理设备，以及bus中的实际驱动程序之间互相联络是非常广泛的。
Sysfs文件系统的目标就是要展现设备驱动模型组件之间的层次关系。
在Linux中，sysfs文件系统被安装于/sys目录下：
mount
-t
sysfs
那么，在这样的目录树中，哪些目录是驱动模型要关注的对象？
bus-系统中用于连接设备的总线，在内核中对应的结构体为
struct
bus_type
{
…
};
device-内核所识别的所有设备，依照连接它们的总线对其进行组织,
对应的结构体为struct
device
class-系统中设备的类型（声卡，网卡，显卡，输入设备等），同一类中包含的设备可能连接到不同的总线,
对应的结构体为
class
为什么不对Power进行单独描述？
实际上，Power与device有关，它只是device中的一个字段。
除此之外，立马闪现在我们脑子里的对象还有：
driver-在内核中注册的设备驱动程序,
对应的结构体为
device_driver{
以上bus,device,class,driver，是可以感受到的对象，在内核中都用相应的结构体来描述。
而实际上，按照面向对象的思想，我们需要抽象出一个最基本的对象，这就是设备模型的核心对象kobject.
Kobject
是Linux
2.6引入的新的设备管理机制，在内核中就是一个struct
kobject结构体。
有了这个数据结构，内核中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中，即所谓的容器，如上面提到的bus,class，devices,
drivers
都是典型的容器，它们是描述设备模型的组件。
二、主要对象介绍
1，核心对象kobject
话说kobject是驱动模型的核心对象，但在sysfs文件系统中似乎并没有对应的项，而这种看似“无”，实际上蕴藏着“有”。
这“有”从何说起。
回想文件系统中的核心对象“索引节点（indoe）”和目录项“dentry”：
Inode—与文件系统中的一个文件相对应（而实际上，只有文件被访问时，才在内存创建索引节点）。
Dentry-每个路径中的一个分量，例如路径/bin/ls，其中/、
bin
和ls三个都是目录项，只是前两个是目录，而最后一个是普通文件。
也就是说，目录项目录项或者是一子目录，或者是一个文件。
从上面的定义可以看出，indoe和dentry谁的包容性更大？
当然是dentry！
那么，kobject与dentry有何关系？
由此我们可以推想，把dentry作为kobject中的一个字段，恍然间，kobject变得强大起来了。
何谓“强大“，因为这样以来，就可以方便地将kobject映射到一个dentry上，也就是说，kobject与/sys下的任何一个目录或文件相对应了，进一步说，把kobject导出形成文件系统就变得如同在内存中构建目录项一样简单。
由此可知，kobject其实已经形成一棵树了。
这就是以隐藏在背后的对象模型为桥梁，将驱动模型和sysfs文件系统全然联系起来。
由于kobject被映射到目录项，同时对象模型层次结构也已经在内存形成一个树，因此sysfs的形成就水到渠成了。
既然，kobject要形成一颗树，那么其中的字段就要有parent，以表示树的层次关系；
另外，kobject不能是无名氏，得有name字段，按说，目录或文件名并不会很长，但是，sysfs文件系统为了表示对象之间复杂的关系，需要通过软链接达到，而软链接常常有较长的名字。
[cpp]viewplaincopyprint?
1./*设备驱动程序模型的核心数据结构，每个kobject
2.数据结构对应于sysfs文件系统中的一个目录*/
3.struct
kobject
4.
const
char
*name;
/*指向含有容器名称的字符*/
5.
list_head
entry;
/*用于kobject所插入的链表的指针*/
6.
*parent;
/*指向父kobject*/
7.
kset
*kset;
/*指向包含的kset*/
8.
kobj_type
*ktype;
/*指向kobject的类型的描述符*/
9.
sysfs_dirent
*sd;
/*用同一种
来统一设备模型中的
kset/kobject/attr/attr_group.*/
10.
kref
kref;
/*容器的引用计数器*/
11.
unsigned
int
state_initialized:
1;
/*指明kobject是否被初始化*/
12.
state_in_sysfs:
/*指明是否使用了sysfs*/
13.
state_add_uevent_sent:
/*热插拔加载事件*/
14.
state_remove_uevent_sent:
/*热插拔卸载事件*/
15.
uevent_suppress:
/*如果设置了uevent_suppress字段，说明不希望产生事件，忽略事件正确返回*/
16.};
/*设备驱动程序模型的核心数据结构，每个kobject
数据结构对应于sysfs文件系统中的一个目录*/
structkobject{
constchar*name;
/*指向含有容器名称的字符*/
structlist_headentry;
/*用于kobject所插入的链表的指针*/
structkobject*parent;
/*指向父kobject*/
structkset*kset;
/*指向包含的kset*/
structkobj_type*ktype;
/*指向kobject的类型的描述符*/
structsysfs_dirent*sd;
/*用同一种structsysfs_dirent来统一设备模型中的kset/kobject/attr/attr_group.*/
structkrefkref;
/*容器的引用计数器*/
unsignedintstate_initialized:
/*指明kobject是否被初始化*/
unsignedintstate_in_sysfs:
/*指明是否使用了sysfs*/
unsignedintstate_add_uevent_sent:
/*热插拔加载事件*/
unsignedintstate_remove_uevent_sent:
/*热插拔卸载事件*/
unsignedintuevent_suppress:
/*如果设置了uevent_suppress字段，说明不希望产生事件，忽略事件正确返回*/
2.
引用计数kref
kobject的主要功能之一就是为我们提供了一个统一的引用计数系统，为什么说它具有“统一”的能力？
那是因为kobject是“基”对象，就像大厦的基地，其他对象（如devic,bus,class,device_driver等容器）都将其包含，以后，其他对象的引用技术继承或封装kobject的引用技术就可以了。
初始化时，kobject的引用计数设置为1。
只要引用计数不为零，那么该对象就会继续保留在内存中，也可以说是被“钉住”了。
任何包含对象引用的代码首先要增加该对象的引用计数，当代码结束后则减少它的引用计数。
增加引用计数称为获得（getting）对象的引用，减少引用计数称为释放（putting）对象的引用。
当引用计数跌到零时，对象便可以被销毁，同时相关内存也都被释放。
增加一个引用计数可通过koject_get（）函数完成：
*
kobject_get（struct
*kobj）;
该函数正常情况下将返回一个指向kobject的指针，如果失败则返回NULL指针；
减少引用计数通过kobject_put（）完成：
void
kobject_put（struct
如果对应的kobject的引用计数减少到零，则与该kobject关联的ktype中的析构函数将被调用。
我们深入到引用计数系统的内部去看，会发现kobject的引用计数是通过kref结构体实现的，该结构体定义在头文件<
linux/kref.h>
中：
atomic_t
refcount;
其中唯一的字段是用来存放引用计数的原子变量。
那为什么采用结构体？
这是为了便于进行类型检测。
在使用kref前，必须先通过kref_init（）函数来初始化它：
voidkref_init（structkref*kref）{atomic_set（&
kref->
refcount,1）;
}
正如你所看到的，这个函数简单的将原子变量置1，所以kref一但被初始化，它表示的引用计数便固定为1。
开发者现在不必在内核代码中利用atmoic_t类型来实现其自己的引用计数。
对开发者而言，在内核代码中最好的方法是利用kref类型和它相应的辅助函数，为自己提供一个通用的、正确的引用计数机制。
上述的所有函数定义与声明分别在在文件lib/kref.c和文件<
中。
3.
共同特性的ktype
如上所述，kobject是一个抽象而基本的对象。
对于一族具有共同特性的kobject，就是用ktype来描述：
1.struct
2.
（*release）（struct
3.
sysfs_ops
*sysfs_ops;
attribute
**default_attrs;
5.};
structkobj_type{
void（*release）（structkobject*kobj）;
structsysfs_ops*sysfs_ops;
structattribute**default_attrs;
定义于头文件<
linux/kobject.h>
release指针指向在kobject引用计数减至零时要被调用的析构函数。
该函数负责释放所有kobject使用的内存和其它相关清理工作。
sysfs_ops变量指向sysfs_ops结构体，其中包含两个函数，也就是对属性进行操作的读写函数show（）和store（）。
最后，default_attrs指向一个attribute结构体数组。
这些结构体定义了kobject相关的默认属性。
属性描述了给定对象的特征，其实，属性就是对应/sys树形结构中的叶子结点，也就是文件。
4.
对象集合体kset
Kset，顾名思义就是kobject对象的集合体，可以把它看成是一个容器，可将所有相关的kobject对象聚集起来，比如“全部的块设备”就是一个kset。
听起来kset与ktypes非常类似，好像没有多少实质内容。
那么“为什么会需要这两个类似的东西呢”。
ksets可把kobject集中到一个集合中，而ktype描述相关类型kobject所共有的特性，它们之间的重要区别在于：
具有相同ktype的kobject可以被分组到不同的ksets。
kobject的kset指针指向相应的kset集合。
kset集合由kset结构体表示，定义于头文件<
list;
/*包含在kset中的kobject类型的描述符*/
spinlock_t
list_lock;
/*嵌入的kobject结构，位于kset中的kobject，其parent字段指向这个内嵌的
kobject指针*/
kobj;
/*指向用于处理kobject结构的过滤和热插拔操作的回调函数表*/
kset_uevent_ops
*uevent_ops;
9.};
structkset{
structlist_headlist;
/*包含在kset中的kobject类型的描述符*/
spinlock_tlist_lock;
/*嵌入的kobject结构，位于kset中的kobject，其parent字段指向这个内嵌的
kobject指针*/
structkobjectkobj;
/*指向用于处理kobject结构的过滤和热插拔操作的回调函数表*/
structkset_uevent_ops*uevent_ops;
其中ktype指针指向集合（kset）中kobject对象的类型（ktype），list连接该集合（kset）中所有的kobject对象。
kobj指向的koject对象代表了该集合的基类，uevent_ops指向一个用于处理集合中kobject对象的热插拔操作的结构体。
5，sys文件系统目录实体sysfs_dirent
sysfs文件系统有自己的dirent结构，dirent
=
directory
entry
（目录实体）。
sysfs中，每一个dentry对应了一个dirent结构，dentry->
d
_fsdata是一个void的指针，它指向sysfs_dirent结构。
每个kobject结构对应一个dirent结构。
每个文件（包括目录文件）都对应一个sysfs_dirent对象
在建立目录和文件后,内存中会形成一棵以sysfs_root为根的目录树结构。
属性attribute结构对应sysfs中的文件，也用sysfs_dirent结构表示。
这样sysfs_dirent的组织就是sysfs的树形结构的映射。
1./*struct
sysfs_dirent就是用来做kobject与dentry的互相转换用的*/
2.struct
s_count;
s_active;
sysfs_di
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