Linux裝置驅動工程師之路——裝置模型（上）底層模型

Linux裝置驅動工程師之路——裝置模型（上）底層模型

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轉載請註明來自于衡陽師範學院08電2  Y-Kee http://blog.csdn.net/ayangke,QQ:843308498

 

一、重要知識點

 

         1.Sysfs檔案系統

       Sysfs檔案系統是一種類似於proc檔案系統的特殊檔案系統，它存在於記憶體當中，當系統啟動時由核心掛載於記憶體當中。用於將系統中的裝置群組織成階層，並向使用者模式程式提供詳細的資料結構資訊。

 

    2.Linux裝置底層模型

 

       1）為什麼要使用裝置模型

       隨著系統的拓撲結構越來越複雜，以及要支援諸如電源管理等新特性的要求，於是在2.6的核心中出現了裝置模型。裝置模型其實就是一套資料結構建立起來的模型。核心使用該模型支援了多種不同的任務，包括：

       a.電源管理和系統關機

       裝置模型使作業系統能夠以正確的順序遍曆系統硬體。

       b.與使用者空間通訊

       Sysfs檔案系統向使用者空間提供系統資訊以及改變巨集指令引數的結構。

       c.熱插拔事件

       d.裝置類型

       系統中許多部分對裝置如何串連不感興趣，但是他們需要知道哪些類型裝置時可用的。裝置模型提供了將裝置分類的機制。

       e.對象的生命週期

       上述的許多功能，包括熱插拔支援和sysfs，使得核心中管理對象的工作更為複雜。裝置模型需要創造一套機制管理對象的生命週期。

 

       2）Kobject

       如果說裝置模型是一套房子的話,Kobject就是構造房子的磚塊。每個註冊的Kobject的都對應與Sysfs檔案系統中的一個目錄。Kobject是組成裝置模型的基本結構。類似於C++的基類，它潛入於更大的對象中——所謂的容器，用來描述裝置模型的組件。如bus,device,drivers都是典型的容器。這些容器就是通過kobject串連起來，形成一個樹狀結構。這個樹狀結構就與/sys檔案系統對應。不過kobject只能建立單層結構，也就是只能建立一級目錄，要建立多級目錄，還要使用後面要介紹的Kset。

Kobject結構定義為：

struct kobject {

char * k name; 指向裝置名稱的指標

char name[KOBJ NAME LEN]; 裝置名稱

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; 指向父物件的指標

struct kset * kset; 所屬kset的指標

struct kobj type * ktype; 指向其物件類型描述符的指標

struct dentry * dentry; sysfs檔案系統中與該對象對應的檔案節點路徑指標

};

相關操作函數：

void kobjet_init(struct kobject*kobj)

初始化Kobject

int kobject_add(struct kobject*kobj)

將Kobject對象註冊到linux系統，如果失敗則返回一個錯誤碼.

int kobject_init_and_add(structkobject *kobj, kobj_type *ktype, struct kobject *parent, const *fmt…)

初始化並註冊kobject，kobject傳入要初始化的Kobject對象，ktype將在後面介紹到，parent指向上級的kobject對象，如果指定位NULL，將在/sys的頂層建立一個目錄。*fmt為kobject對象的名字。

kobject的ktype對象是一個指向kobject_type結構的指標，該結構記錄了kobject對象的一些屬性。每個kobject都需要對應一個相應的kobject結構。

struct kobj_type{

       void (*release)(struct kobject *kobj);

       structsysfs_ops *sysfs_ops;

       structattribute **default_attrs;

};

release方法用於釋放kobject佔用的資源，當kobject引用計數為0時被調用。

kobje_type的attribute成員：

struct attribute{

              char*name;//屬性檔案名稱

       structmodule *owner;

       mode_tmode;

}

struct attribute(屬性)：對應於kobject的目錄下一個檔案,name就是檔案名稱。

kobje_type的struct sysfs_ops成員：

struct sysfs_ops

{

ssize_t (*show)(structkobejct *,  struct attribute *,  char  *name);

ssize_t (*store)(structkobejct *,  struct attribute *,  char  *name);

}

       show:當使用者讀屬性檔案時，該函數被調用，該函數將屬性值存入buffer中返回給使用者態；

       store:當使用者寫屬性檔案時，該函數被調用，用於儲存使用者存入的屬性值。

Kobject測試模組：

#include <linux/device.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/init.h>#include <linux/string.h>#include <linux/sysfs.h>#include <linux/stat.h> MODULE_AUTHOR("David Xie");MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); void obj_test_release(struct kobject *kobject);ssize_t kobj_test_show(struct kobject *kobject, struct attribute *attr,char *buf);ssize_t kobj_test_store(struct kobject *kobject,struct attribute *attr,const char *buf, size_t count); struct attribute test_attr = {        .name = "kobj_config",        .mode = S_IRWXUGO,}; static struct attribute *def_attrs[] = {        &test_attr,        NULL,};  struct sysfs_ops obj_test_sysops ={        .show = kobj_test_show,        .store = kobj_test_store,}; struct kobj_type ktype = {        .release = obj_test_release,        .sysfs_ops=&obj_test_sysops,        .default_attrs=def_attrs,}; void obj_test_release(struct kobject *kobject){        printk("eric_test: release .\n");} ssize_t kobj_test_show(struct kobject *kobject, struct attribute *attr,char *buf){        printk("have show.\n");        printk("attrname:%s.\n", attr->name);        sprintf(buf,"%s\n",attr->name);        return strlen(attr->name)+2;} ssize_t kobj_test_store(struct kobject *kobject,struct attribute *attr,const char *buf, size_t count){        printk("havestore\n");        printk("write: %s\n",buf);        return count;} struct kobject kobj;static int kobj_test_init(){        printk("kboject test init.\n");        kobject_init_and_add(&kobj,&ktype,NULL,"kobject_test");        return 0;} static int kobj_test_exit(){        printk("kobject test exit.\n");        kobject_del(&kobj);        return 0;} module_init(kobj_test_init);module_exit(kobj_test_exit);

測試結果:

在/sys目錄下建立了kobject_test目錄

在kobject_test目錄下有kobj_config檔案

讀kobject_config檔案則調用了show函數。並在使用者空間顯示了show返回的kobject對象名字。

寫kobject_config檔案調用了store函數。

 

3）Kset

kset的主要功能是包容；我們可以認為他他是kobject的頂層容器。實際上，在每個kset對象的內部，包含了自己的kobject，並且可以用多種處理kobject的方法處理kset。如果說kobject是基類的話，那麼kset就是派送類。kobject通過kset組織成層次化的結構，kset是相同類型的組合。通俗的講，kobject建立一級的子目錄，kset可以為kobject建立多級的層次性的父目錄。

struct kset {

struct subsystem * subsys; 所在的subsystem的指標

struct kobj type * ktype; 指向該kset物件類型描述符的指標

struct list head list; 用於串連該kset中所有kobject的鏈表頭

struct kobject kobj; 嵌入的kobject

struct  kset_uevent_ops * uevent_ops; 指向熱插拔動作表的指標

};

包含在kset中的所有kobject被組織成一個雙向迴圈鏈表，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共用，表示這些對象的類型。Kset資料結構還內嵌了一個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。

kset與kobject的關係圖

 

Kset操作：

int kset_register(struct kset*kset)

註冊kset

void kset_unregister(struct kset*kset)

登出kset

       熱插拔事件：在linux系統中，當系統配置發生變化時，如添加kset到系統或移動kobject，一個通知會從核心空間發送到使用者空間，這就是熱插拔事件。熱插拔事件會導致使用者空間中的處理常式（如udev,mdev）被調用，這些處理常式會通過載入驅動程式，建立裝置節點等來響應熱插拔事件。

       對熱插拔事件的實際控制是由struct kset_uevent_ops結構中的函數完成的。

       struct kset_uevnt_ops{

       int (*filter)(struct kset *kset,struct  kobject *kobj);

       const char *(*name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj );

       int (*uevent)(struct kset *kset,struct  kobject *kobj，struct kobj_uevent *env);

}

filter決定是否產生事件，如果返回0，將不產生事件。

name向使用者空間傳遞一個合適的字串

uevent通過環境變數傳遞任何熱插拔指令碼需要的資訊，他會在(udev或mdev)調用之前，提供添加環境變數的機會。

 

       kset測試模組：

#include <linux/device.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/init.h>#include <linux/string.h>#include <linux/sysfs.h>#include <linux/stat.h>#include <linux/kobject.h> MODULE_AUTHOR("David Xie");MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); struct kset kset_p;struct kset kset_c;int kset_filter(struct kset *kset, struct kobject *kobj){        printk("Filter: kobj %s.\n",kobj->name);        return 1;} const char *kset_name(struct kset *kset, struct kobject *kobj){        static char buf[20];        printk("Name: kobj %s.\n",kobj->name);        sprintf(buf,"%s","kset_name");        return buf;} int kset_uevent(struct kset *kset, struct kobject *kobj,struct kobj_uevent_env *env){        int i = 0;        printk("uevent: kobj %s.\n",kobj->name);        while( i < env->envp_idx){                printk("%s.\n",env->envp[i]);                i++;        }        return 0;}struct kset_uevent_ops uevent_ops = {        .filter = kset_filter,        .name   = kset_name,        .uevent = kset_uevent,}; int kset_test_init(){        printk("kset test init.\n");        kobject_set_name(&kset_p.kobj,"kset_p");        kset_p.uevent_ops = &uevent_ops;        kset_register(&kset_p);         kobject_set_name(&kset_c.kobj,"kset_c");        kset_c.kobj.kset = &kset_p;        kset_register(&kset_c);        return 0;} int kset_test_exit(){        printk("kset test exit.\n");        kset_unregister(&kset_p);        kset_unregister(&kset_c);        return 0;} module_init(kset_test_init);module_exit(kset_test_exit);

測試結果：

可以看出當kset載入時，在/sys下建立了一個kset_p，在kset_p下面建立了kset_c，當kset模組被載入和卸載時都產生了熱插拔事件。

 

參考書籍：

       《linux那些事兒之我是sysfs》

       《linux裝置驅動程式（第三版）》

       《國嵌課件》

 

PS:

請關注下一篇《Linux裝置驅動工程師之路——裝置模型（下）上層模型》

寫這玩意兒把我累壞了，呵呵。