linux device model簡述

參考：

1）《LINUX裝置驅動程式》第十四章 Linux 裝置模型

2）核心源碼2.6.38

 

 

核心初始化的時候會對裝置模型作初始化，見init/main.c: start_kernel->rest_init->kernel_init->do_basic_setup->driver_init

 

 

裝置模型中重要的資料結構：

 

include/linux/kobject.h:

 

struct kobject

 

struct kset

 

include/linux/device.h:

 

struct device

 

struct device_driver

 

struct bus_type

 

struct class

 

 

1. kobject

 

Linux裝置驅動模型是一個複雜的資料結構，kobject是構成裝置驅動模型的基本元素，它總是嵌入到其他結構中，用於把進階對象串連到裝置驅動模型上。kobject類似於物件導向中的基類，device，device driver，bus，class便是它的派生產物。struct device，struct device_driver，struct bus_type，struct class中都包含一個類型為struct kobject的成員。

 

kobject和虛擬檔案系統sysfs有著緊密的聯絡，一個kobject結構對應sysfs下的一個目錄。

 

Documentation/kobject.txt和Documentation/filesystems/sysfs.txt對kobject和sysfs有詳細描述。

 

 

struct kobject定義在include/linux/kobject.h中：

 

 60 struct kobject {     
61         const char              *name; /*對應sysfs中的目錄名*/ 62         struct list_head        entry; /*同類kobject組成一個雙向鏈表，entry是該鏈表中的一個節點*/ 63         struct kobject          *parent; /*指向父kobject*/ 64         struct kset             *kset; /*指向所屬的kset*/ 65         struct kobj_type        *ktype; /*struct kobj_type中的struct attribute對應sysfs中的檔案*/ 66         struct sysfs_dirent     *sd;  67         struct kref             kref;  68         unsigned int state_initialized:1;  69         unsigned int state_in_sysfs:1;  70         unsigned int state_add_uevent_sent:1;  71         unsigned int state_remove_uevent_sent:1;  72         unsigned int uevent_suppress:1;  73 };

 

核心用kobject結構將各個對象串連起來組成一個分層的結構體系，有兩種獨立的機制用於串連：parent指標和kset。

在kobject結構中的parent成員指向另一個kobject結構，這個結構表示了分層結構中的上一層節點。父kobject和kobject在sysfs中表現為目錄與子目錄的關係。

kset是同類kobject的集合。

struct kset定義在include/linux/kobject.h中：

 

159 struct kset { 160         struct list_head list; /*kset包含的kobject組成一個鏈表，list指向該鏈表頭*/161         spinlock_t list_lock; 162         struct kobject kobj; 163         const struct kset_uevent_ops *uevent_ops; 164 };

 

kset通過鏈表來管理集合中的kobject，struct kset中的list成員指向該鏈表頭。

struct kset結構中亦有一個struct kobject類型的成員，故kset在sysfs中同樣對應一個目錄。

大部分情況下，kset集合中koject的父kobject都指向該kset中的kobject成員。

kset，parent，kobject的關係如：

對kobject的操作函數定義在lib/kobject.c中。

 

 

2. 匯流排、裝置、驅動、類

 

下面主要描述一下匯流排、裝置、驅動、類之間的關係，Documentation/driver-model下亦有描述。對於匯流排、裝置、驅動、類的操作函數的實現，code shows you everything，詳見drivers/base下的bus.c，core.c，driver.c，dd.c，class.c等。

 

2.1 匯流排

 

匯流排是處理器與一個或多個裝置之間的通道，在裝置模型中，所有的裝置都通過匯流排相連。匯流排用struct bus_type來描述，bus_type是該匯流排下裝置和驅動的管理機構。

 

 

struct bus_type定義在include/linux/device.h中：

 

 50 struct bus_type {  51         const char              *name;  52         struct bus_attribute    *bus_attrs;  53         struct device_attribute *dev_attrs;  54         struct driver_attribute *drv_attrs;  55  56         int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);  57         int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);  58         int (*probe)(struct device *dev);  59         int (*remove)(struct device *dev);  60         void (*shutdown)(struct device *dev);  61  62         int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);  63         int (*resume)(struct device *dev);  64  65         const struct dev_pm_ops *pm;  66  67         struct subsys_private *p;  68 }; 

 

重點看一下結構struct subsys_private，該結構描述了匯流排與裝置和驅動的關係：

 

 27 struct subsys_private {  28         struct kset subsys;  29         struct kset *devices_kset;  30  31         struct kset *drivers_kset;  32         struct klist klist_devices;  33         struct klist klist_drivers;  34         struct blocking_notifier_head bus_notifier;  35         unsigned int drivers_autoprobe:1;  36         struct bus_type *bus;  37  38         struct list_head class_interfaces;  39         struct kset glue_dirs;  40         struct mutex class_mutex;  41         struct class *class;    42 };

 

1）devices_kset和drivers_kset分別指向該匯流排下所有裝置和驅動的集合，在sysfs中，/sys/bus/xxx/下總是存在/sys/bus/xxx/devices和/sys/bus/xxx/drivers目錄。

2）bus_type還管理著兩個鏈表，klist_devices和 klist_drivers，分別表示該匯流排下的所有裝置和所有驅動。

2.2 裝置

裝置驅動模型中，每一個裝置都用struct device描述，struct device定義在include/linux/device.h中，下面只列出部分成員：

 

 struct device { 407         struct device           *parent; 408 409         struct device_private   *p; 410 411         struct kobject kobj;                ......               ......418 419         struct bus_type *bus;           /* type of bus device is on */ 420         struct device_driver *driver;   /* which driver has allocated this 421                                                          device */                ......               ......452 453         struct klist_node       knode_class; 454         struct class            *class;                ......               ......458 }; 

 

 68 struct device_private {          69         struct klist klist_children;  70         struct klist_node knode_parent;  71         struct klist_node knode_driver;  72         struct klist_node knode_bus;     73         void *driver_data;  74         struct device *device;  75 };

1）父子關係：它是一個父裝置，它維護一個子裝置的鏈表klist_children；它同時是一個子裝置， parent指向它的父裝置，knode_parent是該裝置在其父裝置的子裝置鏈表中的節點；

2）與匯流排的關係：它掛在某個匯流排下，bus指向該匯流排的bus_type結構， knode_bus是其所在匯流排所維護的裝置鏈表中的一個節點；

3）與驅動的關係：它是一個裝置，理所當然要跟一個驅動匹配， driver指向與該裝置匹配的device_driver結構，bus下的每一個驅動會維護一個裝置鏈表表示該驅動支援的所有裝置， knode_driver便表示該鏈表下的一個節點；

4）與類的關係：類是一個裝置的高層視圖，它抽象出了底層的實現細節，允許使用者空間使用裝置所提供的功能，而不關心裝置是如何串連以及它們是如何工作的。即具體相似功能的裝置被劃為一類。class 指向該裝置所屬的類，每個類會維護一個鏈表表示該類型下的所有裝置， knode_class便是該鏈表中的一個節點。

 

 

2.3 驅動

 

struct device_driver用來描述驅動程式，其定義在include/linux下：

 

122 struct device_driver { 123         const char              *name;  124         struct bus_type         *bus; 125                        ......               ......144         struct driver_private *p; 145 };

 

 45 struct driver_private {  46         struct kobject kobj;              47         struct klist klist_devices;  48         struct klist_node knode_bus;  49         struct module_kobject *mkobj;  50         struct device_driver *driver;  51 };

1）與裝置的關係：每個驅動程式可以支援多個裝置，device_driver維護了一個鏈表表示該驅動支援的所有裝置，klist_devices指向該鏈表頭；

2）與匯流排的關係：每個匯流排維護一個鏈表表示該匯流排下的所有驅動，knode_bus便是該鏈表下的一個節點， bus指向該驅動所在的匯流排；

2.4 類

類是一個裝置的高層視圖，它抽象出了底層的實現細節，允許使用者空間使用裝置所提供的功能，而不關心裝置是如何串連以及它們是如何工作的。即具體相似功能的裝置被劃為一類。類用struct class描述，定義在include/device.h中：

 

193 struct class { 194         const char              *name; 195         struct module           *owner; 196 197         struct class_attribute          *class_attrs; 198         struct device_attribute         *dev_attrs; 199         struct bin_attribute            *dev_bin_attrs; 200         struct kobject                  *dev_kobj; 201 202         int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env); 203         char *(*devnode)(struct device *dev, mode_t *mode); 204 205         void (*class_release)(struct class *class); 206         void (*dev_release)(struct device *dev); 207 208         int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state); 209         int (*resume)(struct device *dev); 210 211         const struct kobj_ns_type_operations *ns_type; 212         const void *(*namespace)(struct device *dev); 213 214         const struct dev_pm_ops *pm; 215 216         struct subsys_private *p; 217 }; 

 

27 struct subsys_private {  28         struct kset subsys;  29         struct kset *devices_kset;  30  31         struct kset *drivers_kset;  32         struct klist klist_devices;  33         struct klist klist_drivers;  34         struct blocking_notifier_head bus_notifier;  35         unsigned int drivers_autoprobe:1;  36         struct bus_type *bus;  37  38         struct list_head class_interfaces;  39         struct kset glue_dirs;   40         struct mutex class_mutex;  41         struct class *class;  42 };

1）與裝置的關係：每個類會維護一個鏈表表示該類型下的所有裝置， devices_kset指向該鏈表頭