sysfs文件系统和kobject的关系

sysfs 文件系统  
 
linux2.6内核引入sysfs文件系统，sysfs可以看成与proc,devfs和devpty同类别的文件系统，该文件系统是虚拟的文件系统，可以更方便对系统设备进行管理。它可以产生一个包含所有系统硬件层次视图，与提供进程和状态信息的proc文件系统十分类似。
sysfs把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级的文件，它们可以由用户空间存取，向用户空间导出内核的数据结构以及它们的属性。sysfs的一个目的就是展示设备驱动模型中各组件的层次关系，其顶级目录包括block,bus,drivers,class,power和firmware等.
wugang@wugang-desktop:~$ ls /sys      //运行环境ubuntu 8.04(2.6.16)
block bus class devices firmware fs kernel module power slab
 
它把实际连接到系统上的设备和总线组织成一个分级的文件，用户空间的程序同样可以利用这些信息以实现和内核的交互，该文件系统是当前系统上实际设备树的一个直观反应，它是通过kobject子系统来建立这个信息的，当一个kobject被创建的时候，对应的文件和目录也就被创建了，位于 /sys下的相关目录下，既然每个设备在sysfs中都有唯一对应的目录，那么也就可以被用户空间读写了。
 
你可能根本没有去关心过sysfs文件系统的挂载过程，它是这样被挂载的。
mount -t sysfs sysfs /sys
sysfs是一个特殊文件系统，并没有一个实际存放文件的介质。sysfs的信息来源是kobject层次结构，读一个sysfs文件，就是动态的从kobject结构提取信息，生成文件。重启后里面的信息当然就没了
 
sysfs文件系统与kobject结构紧密关联，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Linux 2.6引入的新的设备管理机制，在内核中由struct kobject表示。通过这个数据结构使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，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的对象中，用来描述设备模型的组件。如bus,devices, drivers 等。都是通过kobject连接起来了，形成了一个树状结构。这个树状结构就与/sys向对应。
注：这里对kobject结构不进行介绍了，http://blog.chinaunix.net/u1/55599/showart.php?id=1086478 详细解释。
 
sysfs就是利用VFS的接口去读写kobject的层次结构，建立起来的文件系统。 kobject的层次结构的注册与注销XX_register()形成的。文件系统是个很模糊广泛的概念， linux把所有的资源都看成是文件，让用户通过一个统一的文件系统操作界面，也就是同一组系统调用，对属于不同文件系统的文件进行操作。这样，就可以对用户程序隐藏各种不同文件系统的实现细节，为用户程序提供了一个统一的，抽象的，虚拟的文件系统界面，这就是所谓"VFS(Virtual Filesystem Switch)"。这个抽象出来的接口就是一组函数操作。
我们要实现一种文件系统就是要实现VFS所定义的一系列接口，file_operations, dentry_operations, inode_operations等，供上层调用。file_operations是描述对每个具体文件的操作方法(如：读，写)，dentry_operations结构体指明了VFS所有目录的操作方法, 而inode_operations提供所有结点的操作方法。
举个例子，我们写C程序，open(“hello.c”, O_RDONLY)，它通过系统调用的流程是这样的
open() ->       /*用户空间*/
-> 系统调用->    /*通过系统调用，程序进程内核状态*/
sys_open() -> filp_open()-> dentry_open() -> file_operations->open()           /*内核空间*/
 
不同的文件系统，调用不同的file_operations->open()，在sysfs下就是sysfs_open_file()。
我们使用不同的文件系统，就是将它们各自的文件信息都抽象到dentry和inode中去。这样对于高层来说，我们就可以不关心底层的实现，我们使用的都是一系列标准的函数调用。这就是VFS的精髓，实际上就是面向对象。
注意sysfs是典型的特殊文件。它存储的信息都是由系统动态的生成的，它动态的包含了整个机器的硬件资源情况。从sysfs读写就相当于向 kobject层次结构提取数据。
 
下面列举一个事例：
每当我们新增一个kobject结构的时候，同时会在/sys下创建一个目录。
kobject_add() -> create_dir() -> sysfs_create_dir()
 
    135 int sysfs_create_dir(struct kobject * kobj)
    136 {
    137         struct dentry * dentry = NULL;
    138         struct dentry * parent;
    139         int error = 0;
    140
    141         BUG_ON(!kobj);
    142
    143         if (kobj->parent)
    144                 parent = kobj->parent->dentry;
    145         else if (sysfs_mount && sysfs_mount->mnt_sb)
    146                 parent = sysfs_mount->mnt_sb->s_root;
    147         else
    148                 return -EFAULT;
    149
    150         error = create_dir(kobj,parent,kobject_name(kobj),&dentry);
    151         if (!error)
    152                 kobj->dentry = dentry;
    153         return error;
    154 }
143-148就是找到父辈的kobject，再调用create_dir()；
 
     95 static int create_dir(struct kobject * k, struct dentry * p,
     96                       const char * n, struct dentry ** d)
     97 {
     98         int error;
     99         umode_t mode = S_IFDIR| S_IRWXU | S_IRUGO | S_IXUGO;
    100
    101         down(&p->d_inode->i_sem);
    102         *d = sysfs_get_dentry(p,n);
    103         if (!IS_ERR(*d)) {
    104                 error = sysfs_create(*d, mode, init_dir);
    105                 if (!error) {
    106                         error = sysfs_make_dirent(p->d_fsdata, *d, k, mode,
    107                                                 SYSFS_DIR);
    108                         if (!error) {
    109                                 p->d_inode->i_nlink++;
    110                                 (*d)->d_op = &sysfs_dentry_ops;
    111                                 d_rehash(*d);
    112                         }
    113                 }
    114                 if (error && (error != -EEXIST))
    115                         d_drop(*d);
    116                 dput(*d);
    117         } else
    118                 error = PTR_ERR(*d);
    119         up(&p->d_inode->i_sem);
    120         return error;
    121 }
        *99行，设置‘文件’ 属性，101获取信号量。
 
(1)sysfs_get_dentry()
102行sysfs_get_dentry()。它的作用是根据父辈dentry和文件名得到 dentry结构。首先在缓存中找，如果找到就返回，找不到就用d_alloc()新建一个dentry结构。
 
    204 static struct dentry * sysfs_lookup(struct inode *dir, struct dentry *dentry,
    205                                 struct nameidata *nd)
    206 {
    207         struct sysfs_dirent * parent_sd = dentry->d_parent->d_fsdata;
    208         struct sysfs_dirent * sd;
    209         int err = 0;
    210
    211         list_for_each_entry(sd, &parent_sd->s_children, s_sibling) {
    212                 if (sd->s_type & SYSFS_NOT_PINNED) {
    213                         const unsigned char * name = sysfs_get_name(sd);
    214
    215                         if (strcmp(name, dentry->d_name.name))
    216                                 continue;
    217
    218                         if (sd->s_type & SYSFS_KOBJ_LINK)
    219                                 err = sysfs_attach_link(sd, dentry);
    220                         else
    221                                 err = sysfs_attach_attr(sd, dentry);
    222                         break;
    223                 }
    224         }
    225
    226         return ERR_PTR(err);
    227 }
 
前面讲过lookup函数的作用。它在inode代表的文件夹下查找有没有名为dentry.d_name.name的文件。如果有，就将其对应的inode结构从信息的载体中读出来。没有的话，就返回null
#define SYSFS_NOT_PINNED \
(SYSFS_KOBJ_ATTR | SYSFS_KOBJ_BIN_ATTR | SYSFS_KOBJ_LINK)
但是sysfs的lookup还有它不同之处。其他文件系统像ext3格式中普通文件的inode，在文件创建之时就已经创建了。但是，sysfs 不一样，它在创建普通文件时，只是先创建一个sysfs_dirent结构。创建inode的工作是推迟到lookup函数来完成的。
sysfs_attach_attr()和sysfs_attach_link()的作用就是根据dentry和sysfs_dirent新建一个inode。
(2)sysfs_create()分析 (104行)
sysfs_create()->sysfs_new_inode(mode) -> new_inode(sysfs_sb)
创建一个新的索引节点inode。sysfs_sb是sysfs的超级块(super_block)结构。mode则是inode的属性，它记录了如下信息，比如，文件类型(是文件夹，链接，还是普通文件)，inode的所有者，创建时间等等。
(3)sysfs make dirent()分析 (106行)
至此，我们得到了一个dirent结构,初始化，再把它连接到上层目录的sysfs_dirent的s_children链表里去。sysfs_make_dirent()为刚刚新建出来的dentry建立一个dirent结构。并将dentry和dirent联系起来。
 
注：事例代码我自己还没有分析很透测，读者可以自行分析。具体代码参考：sysfs.h。明白具体调用过程。