LINUX 驱动学习 -设备模型之别人的理解（2）

转载自新浪博客shlonglong的博客
前言
在上一篇中，我们大致描述了LINUX设备模型，我们先来总结一下三要素的关系。

从图中可以看出,Linux设备模型就是”总线、设备、驱动、类”这四个概念之前的相互关系;这也是Linux2.6内核抽象出来的用于管理系统中所有设备的模型图;
简单地描述设备模型的层次关系如下:
1、驱动核心中可以注册多种类型的总线(bus_type);
2、每一种类型的总线下面可以挂载许多设备(device);
3、每一种类型的总线可以使用很多设备驱动(device_driver);
4、每一个驱动程序可以管理一组设备;
这种基本关系的建立源于实际系统中各种总线、设备、驱动、类结构的抽象;
设备模型之kobject、kset

kobject是设备模型中一个很基本的概念，最初支持为了支持引用计数，但是随着时间的转移，它承担了越来越多的任务：
1）对象的引用计数
2）SYS表述
3）数据结构关联
4）热插拔处理

它的定义如下：

struct kobject {//名称 const char  *name; struct list_head entry;//指向kobject的父对象，以此来在内核中构造一个对象层次结构，并且可以将多个对象之间的关系表现初来，这就是sysfs的真相：一个用户空间的文件系统，用来表示内核中kobject对象的层次结构。 struct kobject  *parent; struct kset  *kset; struct kobj_type *ktype; struct sysfs_dirent *sd; struct kref  kref; unsigned int state_initialized:1; unsigned int state_in_sysfs:1; unsigned int state_add_uevent_sent:1; unsigned int state_remove_uevent_sent:1; unsigned int uevent_suppress:1;};

一个kobject存在的意义在于把高级对象连接到设备模型上。kobject正如最顶层的基类，而其他类则是派生物，它实现了一系列方法，对自身并没有额数的作用，但是对其他对象却非常有效。
这句话可以这么理解，在LINUX中，是用C语言实现的，没有对象的概念，但是kobject 被包含在各个结构中，就如同面向对象的的基类，根据它描述的父子兄弟关系，把各个结构实例联系起来，想成目录结构。现在回过头去看看总线，设备，驱动的结构定义中其实都有这个KOBJECT的影子，只是在前面我们分析的时候没有把列出来。

kobject的初始化：
1首先使用memest函数将整个kobject清零。
2调用kobject_init()函数。设置结构内部的一些成员。

void kobject_init(struct kobject *kobj);

kobject_init设置kobject的引用计数为 1。
3设置kobject的名字，这是sysfs入口中使用的名字。
int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, ...)

kobject的引用计数：
kobject 的其中一个关键函数是作为一个引用计数器, 给一个它被嵌入的对象. 只要对这个对象的引用存在, 这个对象( 和支持它的代码)必须继续

struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj);
void kobject_put(struct kobject *kobj);

释放函数和 kobject 类型：
通知由 kobject 的一个释放函数来完成. 常常地, 这个方法有一个形式如下:

void my_object_release(struct kobject *kobj){struct my_object *mine = container_of(kobj, struct my_object, kobj);kfree(mine);}

有一点需要注意：每一个kobject都必须有一个release方法，并且kobject在该方法被调用前必须保持不变。
而需要在意一点， release函数并没有包含在kobject自身内，而是与包含kobject的结构类型相关联的kobj_type数据结构负责对该类型进行跟踪。
注意结构中的ktype，以及SYSFS_OPS，见下边SYS相关的分析。

struct kobj_type{void (*release)(struct kobject *);//保存kobject类型的release函数struct sysfs_ops *sysfs_ops;struct attribute ** default_attrs;}

kobject层次结构、kset

内核用kobject结构将各个对象连接起来组成一个分层的结构体系，从而与模型化的子系统相匹配。有两种独立的机制用于连接：parent指针和kset
在kobject结构的parent成员中，保存了另外一个kobject结构的指针，这个结构表示了分层结构中上一层的节点，而parent最重要的用途是在sysfs分层结构中定位对象。

kset是嵌入相同类型结构的kobject集合，但是不同之处在于，kobject在乎的是对象的类型，而kset关心的是对象的集合与聚合。需要注意的是，kset总是在sysfs中出现，一旦设置了kset并把它添加到系统中，将在sysfs中创建一个目录。kobject不必在sysfs中表示，但是kset中的每一个 kobject成员都将在sysfs中得到表述。

创建一个对象时,要把一个kobject添加到kset中,要先将kobject的kset成员指向目的的kset,调用extern int kobject_register(struct kobject *kobj);
这个函数仅仅是一个 kobject_init 和 kobject_add 的结合.

struct kset { struct list_head list; spinlock_t list_lock; struct kobject kobj; const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;};//对于初始化和设置, kset有一个接口非常类似于 kobjects.void kset_init(struct kset *kset);int kset_add(struct kset *kset);int kset_register(struct kset *kset);void kset_unregister(struct kset *kset);

为管理 ksets 的引用计数, 情况大概相同:

struct kset *kset_get(struct kset *kset);void kset_put(struct kset *kset);

一个 kset 还有一个名子, 存储于嵌入的 kobject. 因此, 如果你有一个 kset 称为 my_set, 你将设置它的名子用:

kobject_set_name(&my_set->kobj, "The name");

ksets 还有一个指针( 在 ktye 成员 )指向 kobject_type 结构来描述它包含的 kobject. 这个类型优先于在 kobject 自身中的 ktype 成员. 结果, 在典型的应用中, 在 struct kobject 中的 ktype 成员被留为 NULL, 因为 kset 中的相同成员是实际使用的那个.

底层sysfs操作
（什么是SYSFS？？ 我们就把它先看做设备文件系统，用来管理系统的各种设备，驱动，总线，类的文件系统）。
kobject隐藏在sysfs文件系统之后的机制，对于sysfs每个目录，内核中都会存在一个对应的kobject。每一个kobject都输出一个或者多个属性。在sysfs目录中表现为文件，其中的内容由内核生成。在

struct attribute { char *name; struct module *owner; mode_t mode;};

在这个结构中, name 是属性的名子( 如同它出现在 kobject 的 sysfs 目录中), owner 是一个指向模块的指针(如果有一个), 模块负责这个属性的实现, 并且 mode 是应用到这个属性的保护位. mode 常常是 S_IRUGO 对于只读属性; 如果这个属性是可写的, 你可以扔出 S_IWUSR 来只给 root 写权限( modes 的宏定义在

struct sysfs_ops { ssize_t (*show)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, char *buffer); ssize_t (*store)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, const char *buffer, size_t size);};

无论何时一个属性从用户空间读取, show 方法被用一个指向 kobject 的指针和适当的属性结构来调用. 这个方法应当将给定属性值编码进缓冲, 要确定没有覆盖它( 它是 PAGE_SIZE 字节), 并且返回实际的被返回数据的长度. sysfs 的惯例表明每个属性应当包含一个单个的, 人可读的值; 如果你有许多消息返回, 你可要考虑将它分为多个属性.

同样的 show 方法用在所有的和给定 kobject 关联的属性. 传递到函数的 attr 指针可用来决定需要哪个属性. 一些 show 方法包含对属性名子的一系列测试. 其他的实现将属性结构嵌入另一个结构, 来包含需要返回属性值的信息; 在这种情况下, container_of 可能用在 show 方法中来获得一个指向嵌入结构的指针.

store 方法类似; 它应当将存在缓冲的数据编码( size 包含数据的长度, 这不能超过 PAGE_SIZE ), 存储和以任何有意义的的方式响应新数据, 并且返回实际编码的字节数. store 方法只在属性的许可允许写才被调用. 当编写一个 store 方法时, 不要忘记你在接收来自用户空间的任意信息; 你应当在采取对应动作之前非常小心地验证它. 如果到数据不匹配期望, 返回一个负的错误值, 而不是可能地做一些不想要的和无法恢复的事情. 如果你的设备输出一个自销毁的属性, 你应当要求一个特定的字符串写到那里来引发这个功能; 一个偶然的, 随机写应当只产生一个错误.

非默认属性：

多数情况下，kobject类型的default_attrs成员描述了kobject拥有的所有属性。但是我们还可以根据需要对kobject捏的树型进行添加和删除，希望在kobject的sysfs目录中添加新的属性，只需要填写一个个attribute结构，并调用下面的函数：

int sysfs_create_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr);

将用attribute中的名字创建文件，并返回0，否则返回一个错误编码。而下面的函数则是删除属性：

int sysfs_remove_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr);

符号链接：

sysfs 文件系统有通常的树结构, 反映它代表的 kobjects 的层次组织.sysfs 子树 (/sys/devices )代表所有的系统已知的设备, 而其他的子树( 在 /sys/bus 之下 )表示设备驱动.这些树,不代表驱动和它们所管理的设备间的关系.展示这些附加关系需要额外的指针,指针在sysfs中通过符号连接实现.

创建符号连接：

int sysfs_create_link(struct kobject *kobj, struct kobject *target, char *name);

这个函数创建一个连接(称为name)指向目标的sysfs入口作为一个kobj的属性.它是一个相对连接,因此它不管sysfs在任何特殊的系统中安装在哪里都可用.
去除符号连接可使用:

void sysfs_remove_link(struct kobject *kobj, char *name);

二进制属性：

struct bin_attribute { struct attribute attr; size_t   size; void   *private; ssize_t (*read)(struct file *, struct kobject *, struct bin_attribute *,   char *, loff_t, size_t); ssize_t (*write)(struct file *,struct kobject *, struct bin_attribute *,    char *, loff_t, size_t); int (*mmap)(struct file *, struct kobject *, struct bin_attribute *attr,      struct vm_area_struct *vma);};int sysfs_create_bin_file(struct kobject *kobj, struct bin_attribute *attr);

我们可以显示的定义一个KOBJ的二进制属性，这三个函数指针对应月SYS_***,记住这点就够了。用的地方不是特别多，在我们PROBE一个设备的时候，可以针对该驱动的KOBJ设置二进制属性，然后就可以在用户空间通过VFS来访问这个设备了。以后降到具体的驱动的例子再详细探讨。