Linux裝置模型 (4)

《Linux裝置模型 (2)》和《Linux裝置模型 (3)》主要通過一些簡單的實作介紹了kobject、kset、kobj_type、attribute等資料結構的用法，但這些實作並沒有涉及到實際環境下的裝置模型和sysfs。本文將以/sys下的module子目錄為例，看看核心是如何構建sysfs這棵大樹的。

（註：本文的分析基於2.6.36核心）

 

module的建立

當module被insmod到核心空間時，/sys/module目錄下會相應建立一個和模組同名的目錄。我們以usb_storage為例，在執行完sudo modprobe usb_storage之後，sysfs裡會產生一個名為usb_storage的目錄，其目錄結構是:

在Linux 2.6核心裡，module的插入是由使用者程式insmod（modprobe最終也是調用insmod）發起的，但大部分工作還是由核心完成。我們可以用strace來觀察一下insmod的流程。

stat64("/sys/module/usb_storage", 0xbfb9a654) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/lib/modules/2.6.35-24-generic/kernel/drivers/usb/storage/usb-storage.ko", O_RDONLY) = 3
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=94776, ...}) = 0
mmap2(NULL, 94776, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xb776f000
close(3)                                = 0
init_module(0xb776f000, 94776, "")      = 0
munmap(0xb776f000, 94776)               = 0
exit_group(0)                           = ?

從這個流程我們可以看到，insmod在執行時，首先會把module的內容映射到記憶體裡，然後呼叫系統調用init_module來實現真正的工作。

如所示，這是系統調用init_module的執行路徑。因為本文只是討論裝置模型和sysfs，流程圖裡只涉及到相關的內容。 

1、mod_sysfs_init首先會查詢當前模組（本例中是usb_storage）在sysfs中是否已經存在，如果沒有，則調用kobject_init_and_add建立之；

2、調用kobject_create_and_add建立holders目錄。holders目錄用於存放指向其他module的連結，這裡的其他module都是依賴於當前module的。以usb_storage為例，如果我們需要使用ums_XX模組（比如ums_karma或者ums_freecom等），可以調用sudo modprobe ums_XX來完成載入，因為ums_XX依賴於usb_storage，所以在usb_storage/holders目錄下就會建立指向ums_XX的連結，同時refcnt也會加1；

3、module_param_sysfs_setup用來建立parameters目錄，這個目錄裡的檔案對應著當前module的所有參數。在Linux核心裡，module的二進位ko檔案中的__param section用來儲存當前module的參數，load_module會把這些參數讀取到記憶體結構裡，module_param_sysfs_setup再根據相應的結構來建立paramters目錄及其參數檔案；

4、module_add_modinfo_attrs用來建立當前module目錄下的4個檔案：version、srcversion、refcnt和initstate，其中version和srcversion的資訊儲存在二進位ko檔案的.modinfo section裡。對於usb_storage模組來說，並沒有指定version，所以不存在version這個檔案。順便羅嗦一句，在Linux核心裡，可以用宏MODULE_VERSION定義版本號碼，比如MODULE_VERSION("v1.00")定義版本號碼為v1.00，這裡的版本資訊完全是字串，並無特定格式。srcversion可以由MODULE_INFO(srcversion, xxx)來定義，但一般情況下由modpost預設產生就可以了。refcnt反映當前module的引用計數。initstate反映module的三種狀態：live、coming和going；

5、add_usage_links和holders是密切相關的，但這個函數並不是操作當前module的holders目錄。以ums_XX為例，在ums_XX的載入過程中，其add_usage_links會把自己作為連結加到usb_storage的holders目錄下；

6、sections目錄對應當前module的二進位ko檔案裡的section資訊，這是通過add_sect_attrs實現的。需要提醒一下的是，section的命名通常以“.”開頭，而以“.”開頭的檔案在Linux裡被認為是隱藏檔案，所以如果要察看的話要在ls命令後加"-a"參數，下面談到的notes同樣需要這樣處理；

7、add_notes_attrs用來建立notes目錄。ELF檔案格式定義了一種名為note的元素，主要用於給二進位檔案添加一些標示資訊。通常，我們可以用readelf來察看ELF檔案是否包含note section。比如usb_storage，我們可以使用命令“readelf usb-storage.ko -n”察看，其輸出如下：

Notes at offset 0x00000034 with length 0x00000024:

Owner Data size Description

GNU 0x00000014 NT_GNU_BUILD_ID (unique build ID bitstring)

相應的，在/sys/module/usb_storage/notes目錄下建立的notes檔案就是.note.gnu.build-id。

 

上面的7條流程裡，並無建立drivers的地方，那/sys/module/usb_storage下的drivers目錄是如何建立的呢？答案在：

 

在usb_storage的module_init中，會調用usb_register來註冊usb_driver結構，中所示，最終會調用module_add_driver來建立drivers目錄。

 

module的撤銷

module的撤銷過程和前文中的建立過程一一對應，在這裡就不詳細敘述了，請看。

 

 

關於sysfs中的其他子目錄的建立和撤銷，大家也可以很容易的在Linux核心中找到對應的代碼，本文不再一一贅述。