linux设备模型之bus，device，driver分析一

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    内核的开发者将总线，设备，驱动这三者用软件思想抽象了出来，巧妙的建立了其间的关系，使之更形象化。结合前面所学的知识，总的来说其三者间的关系为 bus有两条链表，分别用于挂接设备和驱动，指定了其自身bus的device或者driver最后都会分别连接到对应bus的这两条链表上，而总线又有 其始端，为bus_kset，一个driver可以对应于几个设备，因此driver同样有其设备链表，用于挂接可以操作的设备，其自身也有bus挂接 点，用于将自身挂接到对应bus（每个driver只属于一条总线），而对于device，一个设备只属于一条总线，只能有一个driver与其对应，因 此对于device，都是单一的，一个driver挂接点，一个bus挂接点，device与bus相同的是都有始端，device为 devices_kset，因此device的注册同时会出现在对应的bus目录和device总目录下。好了，下面就以源码为例分别分析一下 bus，device，driver的注册过程。

 

一、bus的注册

      bus的注册比较简单，首先来看一下bus的结构：

     

struct bus_type {
    const char      *name;                //名字
    struct bus_attribute    *bus_attrs;           //bus属性集
    struct device_attribute *dev_attrs;           //device属性集
    struct driver_attribute *drv_attrs;           //driver属性集
    int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
    int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
    int (*probe)(struct device *dev);
    int (*remove)(struct device *dev);
    void (*shutdown)(struct device *dev);
    int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
    int (*resume)(struct device *dev);
    const struct dev_pm_ops *pm;
    struct bus_type_private *p;                   //bus的私有成员
};
//其中重点看一下私有成员结构体：
struct bus_type_private {
    struct kset subsys;                           //bus内嵌的kset，代表其自身
    struct kset *drivers_kset;
    struct kset *devices_kset;
    struct klist klist_devices;                   //包含devices链表及其操作函数
    struct klist klist_drivers;                   //driver链表及其操作函数
    struct blocking_notifier_head bus_notifier;
    unsigned int drivers_autoprobe:1;              //匹配成功自动初始化标志
    struct bus_type *bus;
};

  无论是bus，driver，还是device其本身特征都放在私有成员里，其注册时，都会申请并填充这个结构体，下面具体分析一下bus的注册流程，从bus_register开始：

     

int bus_register(struct bus_type *bus)
{
    int retval;
    struct bus_type_private *priv;
    priv = kzalloc(sizeof(struct bus_type_private), GFP_KERNEL);    //进入时bus_type->bus_type_private为NULL
    if (!priv)                                                      //该函数主要是对其的设置
        return -ENOMEM;
    priv->bus = bus;                                                //私有成员的bus回指该bus
    bus->p = priv;                                                  //初始化bus->p,即其私有属性
    BLOCKING_INIT_NOTIFIER_HEAD(&priv->bus_notifier);
    retval = kobject_set_name(&priv->subsys.kobj, "%s", bus->name);  //设置该bus的名字，bus是kset的封装
    if (retval)
        goto out;
                                                      //bus_kset即为所有bus的总起始端点
                                                      //围绕bus内嵌的kset初始化，和kset的初始化时围绕
    priv->subsys.kobj.kset = bus_kset;                //kobj相似，没有parent时，就会用kset的kobj，此处即是
    priv->subsys.kobj.ktype = &bus_ktype;                    //属性操作级别统一为bus_ktype
    priv->drivers_autoprobe = 1;                                    //设置该标志，当有driver注册时，会自动匹配devices
                                                                    //上的设备并用probe初始化，
                                                                    //当有device注册时也同样找到  driver并会初始化
    retval = kset_register(&priv->subsys);                          //注册kset，创建目录结构，以及层次关系
    if (retval)
        goto out;
    retval = bus_create_file(bus, &bus_attr_uevent);                //当前bus目录下生成bus_attr_uevent属性文件
    if (retval)
        goto bus_uevent_fail;
    priv->devices_kset = kset_create_and_add("devices", NULL,       //初始化bus目录下的devices目录，里面级联了该bus下设备，
                         &priv->subsys.kobj);                    //仍然以kset为原型
    if (!priv->devices_kset) {
        retval = -ENOMEM;
        goto bus_devices_fail;
    }
    priv->drivers_kset = kset_create_and_add("drivers", NULL,       //初始化bus目录下的drivers目录，里面级联了该bus下设备的driver
                         &priv->subsys.kobj);
    if (!priv->drivers_kset) {
        retval = -ENOMEM;
        goto bus_drivers_fail;
    }
    klist_init(&priv->klist_devices, klist_devices_get, klist_devices_put);  //初始化klist_devices里的操作函数成员
    klist_init(&priv->klist_drivers, NULL, NULL);                            //klist_drivers里的操作函数置空
    retval = add_probe_files(bus);                                           //增加bus_attr_drivers_probe和bus_attr_drivers_autoprobe
    if (retval)                                                              //属性文件
        goto bus_probe_files_fail;
    retval = bus_add_attrs(bus);                                             //增加默认的属性文件
    if (retval)
        goto bus_attrs_fail;
    pr_debug("bus: '%s': registered/n", bus->name);
    return 0;
bus_attrs_fail:                                                               //以下为错误处理
    remove_probe_files(bus);
bus_probe_files_fail:
    kset_unregister(bus->p->drivers_kset);
bus_drivers_fail:
    kset_unregister(bus->p->devices_kset);
bus_devices_fail:
    bus_remove_file(bus, &bus_attr_uevent);
bus_uevent_fail:
    kset_unregister(&bus->p->subsys);
out:
    kfree(bus->p);
    bus->p = NULL;
    return retval;
}

   由此可见，bus又是kset的封装，bus_register主要完成了其私有成员bus_type_private的初始化，并初始化了其下的两个目 录devices和drivers，及其属性文件，bus有个自己的根目录也就是bus有个起始端点，是bus_kset，经过此番的注册，bus目录下 将会出现我们注册的bus，并且其下会有device和driver两个子目录，代表它下面的driver和device链表。

二、driver的注册

  下面看一下driver是怎么和bus关联起来的，首先看下driver的结构：

    

struct device_driver {
    const char      *name;            //名字
    struct bus_type     *bus;        //其所在的bus
    struct module       *owner;
    const char      *mod_name;  /* used for built-in modules */
    bool suppress_bind_attrs;   /* disables bind/unbind via sysfs */
#if defined(CONFIG_OF)
    const struct of_device_id   *of_match_table;
#endif
    int (*probe) (struct device *dev);        //匹配成功时可能会调用到的函数
    int (*remove) (struct device *dev);
    void (*shutdown) (struct device *dev);
    int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
    int (*resume) (struct device *dev);
    const struct attribute_group **groups;
    const struct dev_pm_ops *pm;
    struct driver_private *p;                 //私有成员，表示driver
};
//重点看下driver的私有成员
struct driver_private {
    struct kobject kobj;                      //代表driver自身
    struct klist klist_devices;               //可以操控的设备链表
    struct klist_node knode_bus;              //挂接到bus的节点
    struct module_kobject *mkobj;             //模块相关
    struct device_driver *driver;             //回指该driver
};

  如同bus一样，重点的仍是可以代表其自身的私有属性，下面具体看一下driver的注册过程，从driver_register开始：

    

int driver_register(struct device_driver *drv)
{
    int ret;
    struct device_driver *other;
    BUG_ON(!drv->bus->p);
    if ((drv->bus->probe && drv->probe) ||           //driver和bus的同名操作函数如果同时存在，会出现警告
        (drv->bus->remove && drv->remove) ||         //并且会优先选用bus的
        (drv->bus->shutdown && drv->shutdown))
        printk(KERN_WARNING "Driver '%s' needs updating - please use "
            "bus_type methods/n", drv->name);
    other = driver_find(drv->name, drv->bus);        //进入bus的driver链表，确认该driver是否已经注册
    if (other) {
        put_driver(other);                            //找到了再减少引用计数，并且报错退出
        printk(KERN_ERR "Error: Driver '%s' is already registered, "
            "aborting.../n", drv->name);
        return -EBUSY;
    }
    ret = bus_add_driver(drv);                       //如果没有注册，那么把该driver加入所在bus
    if (ret)
        return ret;
    ret = driver_add_groups(drv, drv->groups);
    if (ret)
        bus_remove_driver(drv);
    return ret;
}
/****************************************************
× 跟踪一下driver_find(drv->name, drv->bus)
****************************************************/
struct device_driver *driver_find(const char *name, struct bus_type *bus)
{
    struct kobject *k = kset_find_obj(bus->p->drivers_kset, name);  //bus->p->drivers_kset代表bus下
    struct driver_private *priv;                                    //的driver目录，此处会遍历bus的
                                                                    //driver链表，通过driver内嵌的
    if (k) {                                                        //kobj名字比较
        priv = to_driver(k);
        return priv->driver;                                 //如果找到同名的kobj那么返回该driver
    }
    return NULL;
}
//看一下kset_find_obj吧:
struct kobject *kset_find_obj(struct kset *kset, const char *name)
{
    struct kobject *k;
    struct kobject *ret = NULL;
    spin_lock(&kset->list_lock);
    list_for_each_entry(k, &kset->list, entry) {                   //遍历bus下的driver链表，如果
        if (kobject_name(k) && !strcmp(kobject_name(k), name)) {   //找到那么返回找到的kobj，并且把
            ret = kobject_get(k);                                  //该driver的kobj引用计数+1
            break;
        }
    }
    spin_unlock(&kset->list_lock);
    return ret;
}
/************************************************
× 再来跟踪一下driver_register里面的另外一个函数
× bus_add_driver(drv)
************************************************/
int bus_add_driver(struct device_driver *drv)
{
    struct bus_type *bus;
    struct driver_private *priv;
    int error = 0;
    bus = bus_get(drv->bus);                                        //取得其所在bus的指针
    if (!bus)
        return -EINVAL;
    pr_debug("bus: '%s': add driver %s/n", bus->name, drv->name);   //开始初始化这个driver的私有成员，
                                                                    //和bus类似
    priv = kzalloc(sizeof(*priv), GFP_KERNEL);
    if (!priv) {
        error = -ENOMEM;
        goto out_put_bus;
    }
    klist_init(&priv->klist_devices, NULL, NULL);                   //设备操作函数清空，设备链表初始化
    priv->driver = drv;
    drv->p = priv;
    priv->kobj.kset = bus->p->drivers_kset;                          //kset指定到bus下面
    error = kobject_init_and_add(&priv->kobj, &driver_ktype, NULL,   //建立层次结构和属性文件
                     "%s", drv->name);
    if (error)
        goto out_unregister;
    if (drv->bus->p->drivers_autoprobe) {                            //bus的自动匹配如果设置为真，
        error = driver_attach(drv);                                  //那么到bus的devices上去匹配设备
        if (error)
            goto out_unregister;
    }
    klist_add_tail(&priv->knode_bus, &bus->p->klist_drivers);        //把driver挂接到bus的driver链表
    module_add_driver(drv->owner, drv);
    error = driver_create_file(drv, &driver_attr_uevent);            //以下添加该driver相关属性文件
    if (error) {
        printk(KERN_ERR "%s: uevent attr (%s) failed/n",
            __func__, drv->name);
    }
    error = driver_add_attrs(bus, drv);
    if (error) {
        /* How the hell do we get out of this pickle? Give up */
        printk(KERN_ERR "%s: driver_add_attrs(%s) failed/n",
            __func__, drv->name);
    }
    if (!drv->suppress_bind_attrs) {
        error = add_bind_files(drv);
        if (error) {
            /* Ditto */
            printk(KERN_ERR "%s: add_bind_files(%s) failed/n",
                __func__, drv->name);
        }
    }
    kobject_uevent(&priv->kobj, KOBJ_ADD);
    return 0;
out_unregister:
    kobject_put(&priv->kobj);
    kfree(drv->p);
    drv->p = NULL;
out_put_bus:
    bus_put(bus);
    return error;
}
/****************************************************************
× 接下来就剩下最终要的匹配函数driver_attach(drv)了，我们来看一下：
****************************************************************/
int driver_attach(struct device_driver *drv)                            //遍历bus的设备链表找到
{                                                                       //合适的设备就调用__driver_attach，
    return bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);      //NULL表示从头开始遍历
}
//============
int bus_for_each_dev(struct bus_type *bus, struct device *start,
             void *data, int (*fn)(struct device *, void *))
{
    struct klist_iter i;
    struct device *dev;
    int error = 0;
    if (!bus)
        return -EINVAL;
    klist_iter_init_node(&bus->p->klist_devices, &i,              //进入bus的devices链表
                 (start ? &start->p->knode_bus : NULL));
    while ((dev = next_device(&i)) && !error)                     //设备存在则调用fn即__driver_attach
        error = fn(dev, data);                                    //进行匹配
    klist_iter_exit(&i);
    return error;
}
/*********************************************
× 接着看一下__driver_attach这个函数
*********************************************/
static int __driver_attach(struct device *dev, void *data)
{
    struct device_driver *drv = data;
    if (!driver_match_device(drv, dev))                //进行匹配
        return 0;
    if (dev->parent) /* Needed for USB */
        device_lock(dev->parent);
    device_lock(dev);
    if (!dev->driver)                               //如果设备没有指定driver
        driver_probe_device(drv, dev);              //那么需要初始化匹配到的这个设备
    device_unlock(dev);
    if (dev->parent)
        device_unlock(dev->parent);
    return 0;
}
/*********************************************
× 又遇到两个分支，囧，先看一下driver_match_device
*********************************************/
static inline int driver_match_device(struct device_driver *drv,      //bus的match存在就用bus的
                                      struct device *dev)             //，否则就直接匹配成功...
{                                                                     //match通常实现为首先扫描
    return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1;           //driver支持的id设备表，如果
}                                                                     //为NULL就用名字进行匹配
/************************************
× 再来看一下driver_probe_device这个函数
************************************/
int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev)
{
    int ret = 0;
    if (!device_is_registered(dev))                              //判断该设备是否已经注册
        return -ENODEV;
    pr_debug("bus: '%s': %s: matched device %s with driver %s/n",
         drv->bus->name, __func__, dev_name(dev), drv->name);
    pm_runtime_get_noresume(dev);
    pm_runtime_barrier(dev);
    ret = really_probe(dev, drv);                               //调用really_probe
    pm_runtime_put_sync(dev);
    return ret;
}
/************************************
× 看一下device_is_registered
************************************/
static inline int device_is_registered(struct device *dev)
{
    return dev->kobj.state_in_sysfs;                           //在sysfs中表示已经注册
}
/************************************
× 再看really_probe
************************************/
static int really_probe(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
    int ret = 0;
    atomic_inc(&probe_count);
    pr_debug("bus: '%s': %s: probing driver %s with device %s/n",
         drv->bus->name, __func__, drv->name, dev_name(dev));
    WARN_ON(!list_empty(&dev->devres_head));
    dev->driver = drv;                                     //device的driver初始化成该driver
    if (driver_sysfs_add(dev)) {
                 printk(KERN_ERR "%s: driver_sysfs_add(%s) failed/n",
            __func__, dev_name(dev));
        goto probe_failed;
    }
                                                         //利用probe初始化设备
    if (dev->bus->probe) {                               //如果bus的probe存在就用bus的，
        ret = dev->bus->probe(dev);                      //如果bus的不存在driver的存在
        if (ret)                                         //再用driver的
            goto probe_failed;
    } else if (drv->probe) {
        ret = drv->probe(dev);
        if (ret)
            goto probe_failed;
    }
    driver_bound(dev);                              //调用driver_bound进行绑定
    ret = 1;
    pr_debug("bus: '%s': %s: bound device %s to driver %s/n",
         drv->bus->name, __func__, dev_name(dev), drv->name);
    goto done;
probe_failed:
    devres_release_all(dev);
    driver_sysfs_remove(dev);
    dev->driver = NULL;
    if (ret != -ENODEV && ret != -ENXIO) {
        /* driver matched but the probe failed */
        printk(KERN_WARNING
               "%s: probe of %s failed with error %d/n",
               drv->name, dev_name(dev), ret);
    }
    /*
     * Ignore errors returned by ->probe so that the next driver can try
     * its luck.
     */
    ret = 0;
done:
    atomic_dec(&probe_count);
    wake_up(&probe_waitqueue);
    return ret;
}
/**********************************
* 最后跟一下driver_bound(dev)这个函数
**********************************/
static void driver_bound(struct device *dev)
{
    if (klist_node_attached(&dev->p->knode_driver)) {                   //判断是否已经绑定
        printk(KERN_WARNING "%s: device %s already bound/n",
            __func__, kobject_name(&dev->kobj));
        return;
    }
    pr_debug("driver: '%s': %s: bound to device '%s'/n", dev_name(dev),
         __func__, dev->driver->name);
    klist_add_tail(&dev->p->knode_driver, &dev->driver->p->klist_devices);  //将设备添加
                                                                            //到driver的链表
    if (dev->bus)
        blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->p->bus_notifier,
                         BUS_NOTIFY_BOUND_DRIVER, dev);
}
//all end

  总结一下，driver的注册，主要涉及将自身挂接到bus的driver链表，并将匹配到的设备加入自己的device链表，并且将匹配到的 device的driver成员初始化为该driver，私有属性的driver节点也挂到driver的设备链表下，其中匹配函数是利用利用bus的 match函数，该函数通常判断如果driver有id表，就查表匹配，如果没有就用driver和device名字匹配。当匹配成功后如果自动初始化标 志允许则调用初始化函数probe，bus的probe优先级始终高于driver的。另外注意一点driver是没有总的起始端点的，driver不是 可具体描述的事物。

   由于篇幅比较长，device的分析放到下一篇《linux设备模型之bus，device，driver分析<二>》   ^_^！