linux设备模型深探.docx
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linux设备模型深探
linux设备模型深探
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2010-09-2313:
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一：
前言
Linux设备模型是一个极其复杂的结构体系，在编写驱动程序的时候，通常不会用到这方面的东西，但是。
理解这部份内容，对于我们理解linux设备驱动的结构是大有裨益的。
我们不但可以在编写程序程序的时候知其然，亦知其所以
一：
前言
Linux设备模型是一个极其复杂的结构体系，在编写驱动程序的时候，通常不会用到这方面的东西，但是。
理解这部份内容，对于我们理解linux设备驱动的结构是大有裨益的。
我们不但可以在编写程序程序的时候知其然，亦知其所以然。
又可以学习到一种极其精致的架构设计方法。
由于之前已经详细分析了sysfs文件系统。
所以本节的讨论主要集中在设备模型的底层实现上。
上层的接口，如pci.,usb,网络设备都可以看成是底层的封装。
二：
kobject,kset和ktype
Kobject,kset,kypte这三个结构是设备模型中的下层架构。
模型中的每一个元素都对应一个kobject.kset和ktype可以看成是kobject在层次结构与属性结构方面的扩充。
将三者之间的关系用图的方示描述如下：
如上图所示：
我们知道。
在sysfs中每一个目录都对应一个kobject.这些kobject都有自己的parent。
在没有指定parent的情况下，都会指向它所属的kset->object。
其次，kset也内嵌了kobject.这个kobject又可以指它上一级的parent。
就这样。
构成了一个空间上面的层次关系。
其实，每个对象都有属性。
例如，电源管理，执插拨事性管理等等。
因为大部份的同类设备都有相同的属性，因此将这个属性隔离开来，存放在ktype中。
这样就可以灵活的管理了.记得在分析sysfs的时候。
对于sysfs中的普通文件读写操作都是由kobject->ktype->sysfs_ops来完成的.
经过上面的分析，我们大概了解了kobject.kset与ktype的大概架设与相互之间的关系。
下面我们从linux源代码中的分析来详细研究他们的操作。
三:
kobject,kset和ktype的操作
为了说明kobject的操作，先写一个测试模块，代码如下：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
MODULE_AUTHOR（"ericxiao"）;
MODULE_LICENSE（"DualBSD/GPL"）;
voidobj_test_release（structkobject*kobject）;
ssize_teric_test_show（structkobject*kobject,structattribute*attr,char*buf）;
ssize_teric_test_store（structkobject*kobject,structattribute*attr,constchar*buf,size_tcount）;
structattributetest_attr={
.name="eric_xiao",
.mode=S_IRWXUGO,
};
staticstructattribute*def_attrs[]={
&test_attr,
NULL,
};
structsysfs_opsobj_test_sysops=
{
.show=eric_test_show,
.store=eric_test_store,
};
structkobj_typektype=
{
.release=obj_test_release,
.sysfs_ops=&obj_test_sysops,
.default_attrs=def_attrs,
};
voidobj_test_release（structkobject*kobject）
{
printk（"eric_test:
release."）;
}
ssize_teric_test_show（structkobject*kobject,structattribute*attr,char*buf）
{
printk（"haveshow."）;
printk（"attrname:
%s.",attr->name）;
sprintf（buf,"%s",attr->name）;
returnstrlen（attr->name）+2;
}
ssize_teric_test_store（structkobject*kobject,structattribute*attr,constchar*buf,size_tcount）
{
printk（"havestore"）;
printk（"write:
%s",buf）;
returncount;
}
structkobjectkobj;
staticintkobject_test_init（）
{
printk（"kbojecttestinit."）;
kobject_init_and_add（&kobj,&ktype,NULL,"eric_test"）;
return0;
}
staticintkobject_test_exit（）
{
printk（"kobjecttestexit."）;
kobject_del（&kobj）;
return0;
}
module_init（kobject_test_init）;
module_exit（kobject_test_exit）;
加载模块之后，会发现，在/sys下多了一个eric_test目录。
该目录下有一个叫eric_xiao的文件。
如下所示：
[root@localhosteric_test]#ls
eric_xiao
用cat察看此文件：
[root@localhosteric_test]#cateric_xiao
eric_xiao
再用echo往里面写点东西；
[root@localhosteric_test]#echohello>eric_xiao
Dmesg的输出如下：
haveshow.
attrname:
eric_xiao.
havestore
write:
hello
如上所示。
我们看到了kobject的大概建立过程.我们来看一下kobject_init_and_add（）的实现。
在这个函数里，包含了对kobject的大部份操作。
intkobject_init_and_add（structkobject*kobj,structkobj_type*ktype,
structkobject*parent,constchar*fmt,...）
{
va_listargs;
intretval;
//初始化kobject
kobject_init（kobj,ktype）;
va_start（args,fmt）;
//为kobjcet设置名称，在sysfs中建立相关信息
retval=kobject_add_varg（kobj,parent,fmt,args）;
va_end（args）;
returnretval;
}
上面的流程主要分为两部份。
一部份是kobject的初始化。
在这一部份，它将kobject与给定的ktype关联起来。
初始化kobject中的各项结构。
另一部份是kobject的名称设置。
空间层次关系的设置，具体表现在sysfs文件系统中.
对于第一部份，代码比较简单，这里不再赘述。
跟踪第二部份，也就是kobject_add_varg（）的实现.
staticintkobject_add_varg（structkobject*kobj,structkobject*parent,
constchar*fmt,va_listvargs）
{
va_listaq;
intretval;
va_copy（aq,vargs）;
//设置kobject的名字。
即kobject的name成员
retval=kobject_set_name_vargs（kobj,fmt,aq）;
va_end（aq）;
if（retval）{
printk（KERN_ERR"kobject:
cannotsetnameproperly!
"）;
returnretval;
}
//设置kobject的parent。
在上面的例子中，我们没有给它指定父结点
kobj->parent=parent;
//在sysfs中添加kobjcet信息
returnkobject_add_internal（kobj）;
}
设置好kobject->name后，转入kobject_add_internal（）。
在sysfs中创建空间结构.代码如下：
staticintkobject_add_internal（structkobject*kobj）
{
interror=0;
structkobject*parent;
if（!
kobj）
return-ENOENT;
//如果kobject的名字为空.退出
if（!
kobj->name||!
kobj->name[0]）{
pr_debug（"kobject:
（%p）:
attemptedtoberegisteredwithempty"
"name!
",kobj）;
WARN_ON
（1）;
return-EINVAL;
}
//取kobject的父结点
parent=kobject_get（kobj->parent）;
//如果kobject的父结点没有指定，就将kset->kobject做为它的父结点
/*joinksetifset,useitasparentifwedonotalreadyhaveone*/
if（kobj->kset）{
if（!
parent）
parent=kobject_get（&kobj->kset->kobj）;
kobj_kset_join（kobj）;
kobj->parent=parent;
}
//调试用
pr_debug（"kobject:
'%s'（%p）:
%s:
parent:
'%s',set:
'%s'",
kobject_name（kobj）,kobj,__FUNCTION__,
parent?
kobject_name（parent）:
"",
kobj->kset?
kobject_name（&kobj->kset->kobj）:
""）;
//在sysfs中创建kobject的相关元素
error=create_dir（kobj）;
if（error）{
//v如果创建失败。
减少相关的引用计数
kobj_kset_leave（kobj）;
kobject_put（parent）;
kobj->parent=NULL;
/*benoisyonerrorissues*/
if（error==-EEXIST）
printk（KERN_ERR"%sfailedfor%swith"
"-EEXIST,don'ttrytoregisterthingswith"
"thesamenameinthesamedirectory.",
__FUNCTION__,kobject_name（kobj））;
else
printk（KERN_ERR"%sfailedfor%s（%d）",
__FUNCTION__,kobject_name（kobj）,error）;
dump_stack（）;
}else
//如果创建成功。
将state_in_sysfs建为1。
表示该object已经在sysfs中了
kobj->state_in_sysfs=1;
returnerror;
}
这段代码比较简单，它主要完成kobject父结点的判断和选定，然后再调用create_dir（）在sysfs创建相关信息。
该函数代码如下：
staticintcreate_dir（structkobject*kobj）
{
interror=0;
if（kobject_name（kobj））{
//为kobject创建目录
error=sysfs_create_dir（kobj）;
if（!
error）{
//为kobject->ktype中的属性创建文件
error=populate_dir（kobj）;
if（error）
sysfs_remove_dir（kobj）;
}
}
returnerror;
}
我们在上面的示例中看到的/sys下的eric_test目录，以及该目录下面的eric_xiao的这个文件就是这里被创建的。
我们先看一下kobject所表示的目录创建过程。
这是在sysfs_create_dir（）中完成的。
代码如下：
intsysfs_create_dir（structkobject*kobj）
{
structsysfs_dirent*parent_sd,*sd;
interror=0;
BUG_ON（!
kobj）;
/*如果kobject的parnet存在。
就在目录点的目录下创建这个目录。
如果没有父结点不存在，就在/sys下面创建结点。
在上面的流程中，我们可能并没有为其指定父结点，也没有为其指定kset。
*/
if（kobj->parent）
parent_sd=kobj->parent->sd;
else
parent_sd=&sysfs_root;
//在sysfs中创建目录
error=create_dir（kobj,parent_sd,kobject_name（kobj）,&sd）;
if（!
error）
kobj->sd=sd;
returnerror;
}
在这里，我们就要联系之前分析过的sysfs文件系统的研究了。
如果不太清楚的，可以在找到那篇文章仔细的研读一下。
create_dir（）就是在sysfs中创建目录的接口，在之前已经详细分析过了。
这里不再讲述。
接着看为kobject->ktype中的属性创建文件。
这是在populate_dir（）中完成的。
代码如下：
staticintpopulate_dir（structkobject*kobj）
{
structkobj_type*t=get_ktype（kobj）;
structattribute*attr;
interror=0;
inti;
if（t&&t->default_attrs）{
for（i=0;（attr=t->default_attrs[i]）!
=NULL;i++）{
error=sysfs_create_file（kobj,attr）;
if（error）
break;
}
}
returnerror;
}
这段代码比较简单。
它遍历ktype中的属性。
然后为其建立文件。
请注意：
文件的操作最后都会回溯到ktype->sysfs_ops的show和store这两个函数中.
Kobject的创建已经分析完了，接着分析怎么将一个kobject注销掉。
注意过程是在kobject_del（）中完成的。
代码如下：
voidkobject_del（structkobject*kobj）
{
if（!
kobj）
return;
sysfs_remove_dir（kobj）;
kobj->state_in_sysfs=0;
kobj_kset_leave（kobj）;
kobject_put（kobj->parent）;
kobj->parent=NULL;
}
该函数会将在sysfs中的kobject对应的目录删除。
请注意，属性文件是建立在这个目录下面的。
只需要将这个目录删除。
属性文件也随之删除。
是后，减少相关的引用计数，如果kobject的引用计数为零。
则将其所占空间释放.
Kset的操作与kobject类似,因为kset中内嵌了一个kobject结构,所以,大部份操作都是集中在kset->kobject上.具体分析一下kset_create_and_add（）这个接口,类似上面分析的kobject接口,这个接口也包括了kset的大部分操作.代码如下:
structkset*kset_create_and_add（constchar*name,
structkset_uevent_ops*uevent_ops,
structkobject*parent_kobj）
{
structkset*kset;
interror;
//创建一个kset
kset=kset_create（name,uevent_ops,parent_kobj）;
if（!
kset）
returnNULL;
//注册kset
error=kset_register（kset）;
if（error）{
//如果注册失败,释放kset
kfree（kset）;
returnNULL;
}
returnkset;
}
Kset_create（）用来创建一个structkset结构.代码如下:
staticstructkset*kset_create（constchar*name,
structkset_uevent_ops*uevent_ops,
structkobject*parent_kobj）
{
structkset*kset;
kset=kzalloc（sizeof（*kset）,GFP_KERNEL）;
if（!
kset）
returnNULL;
kobject_set_name（&kset->kobj,name）;
kset->uevent_ops=uevent_ops;
kset->kobj.parent=parent_kobj;
kset->kobj.ktype=&kset_ktype;
kset->kobj.kset=NULL;
returnkset;
}
我们注意,在这里创建kset时.为其内嵌的kobject指定其ktype结构为kset_ktype.这个结构的定义如下:
staticstructkobj_typekset_ktype={
.sysfs_ops=&kobj_sysfs_ops,
.release=kset_release,
};
属性文件的读写操作全部都包含在sysfs_ops成员里.kobj_sysfs_ops的定义如下:
structsysfs_opskobj_sysfs_ops={
.show=kobj_attr_show,
.store=kobj_attr_store,
};
Show,store成员对应的函数代码如下所示:
staticssize_tkobj_attr_show（structkobject*kobj,structattribute*attr,
char*buf）
{
structkobj_attribute*kattr;
ssize_tret=-EIO;
kattr=container_of（attr,structkobj_attribute,attr）;
if（kattr->show）
ret=kattr->show（kobj,kattr,buf）;
returnret;
}
staticssize_tkobj_attr_store（structkobject*kobj,structattribute*attr,
constchar*buf,size_tcount）
{
structkobj_attribute*kattr;
ssize_tret=-EIO;
kattr=container_of（attr,structkobj_attribute,attr）;
if（kattr->store）
ret=kattr->store（kobj,kattr,buf,count）;
returnret;
}
从上面的代码看以看出.会将structattribute结构转换为structkobj_attribte结构.也就是说structkobj_attribte内嵌了一个structattribute.实际上,这是和宏__ATTR配合在一起使用的.经常用于group中.在这里并不打算研究group.原理都是一样的.这里列出来只是做个说明而已.
创建好了kset之后,会调用kset_register（）.这个函数就是kset操作的核心代码了.如下:
intkset_register（structkset*k）
{
interr;
if（!
k）
return-EINVAL;
kset_init（k）;
err=kobject_add_internal（&k->kobj）;
if（err）
returnerr;
kobject_uevent（&k->kobj,KOBJ_ADD）;
return0;
}
在kset_init（）里会初始化kset中的其它字段.然后调用kobject_add_internal（）为其内嵌的kobject结构建立空间层次结构.之后因为添加了kset.会产生一个事件.这个事件是通过用户空间的hotplug程序处理的.这就是kset明显不同于ko
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