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Linux设备模型 学习总结（一）

 

 

看LDD3中设备模型一章，觉得思维有些混乱。这里从整体的角度来理理思路。
本文从四个方面来总结一些内容：

1.底层数据结构：kobject,kset.
2.linux设备模型层次关系：bus_type,device,device_driver.
3.集成：PCI设备驱动模型实例及设备，设备驱动注册源码的简单分析.

4.面向对象的思想在linux设备模型中的应用分析.

一、底层数据结构：kobject,kset
先说说模型的意义:
总体来说是为了系统地管理所有设备。
在具体实现方面分两个层次：
一是底层数据结构来实现基本对象及其层次关系：kobjects和ksets。
二是基于这两个底层数据结构上实现的设备模型：总线，设备，驱动。

kobject

结合面向对象的思维。这个kobject属于最基础的结构，也就是最高抽象层(有点像java中的Cobject类)。任何一个设备模型如总线，设备，驱动都属于一个kobject 。在实现上这种派生关系就是在结构体中包含一个kobject的变量。

这个在层次上处理最顶层的kobject结构提供了所有模型需要的最基本的功能：
1 引用计数  用于内核维护其存在与消亡
2 sysfs表示  每个sys/下的对象对应着一个kobject。
3 热拔插事件处理。 处理设备的热拔插事件。

Kobjects 在内核中对应有一套申请，初始化，添加，注册，计数操作，释放等函数
struct kobject {
 const char  * k_name; 名
 char   name[KOBJ_NAME_LEN];
 struct kref  kref; 计数
 struct list_head entry; 用于连接到同类kobjects的链表
 struct kobject  * parent;  用于实现层次，指向其父对象。
 struct kset  * kset; 用于实现层次，所属的集合
 struct kobj_type * ktype;  指向对象的类型。
 struct dentry  * dentry;  指示在sysfs 中的目录项
 wait_queue_head_t poll;
}; (linux 2.6.18)

Kset 和kobj_type

Kset 在概念上是一个集合或者叫容器。实现了对象的层次。所有属于一个ksets的对象(kobject)的parent都指向该ksets的kobj.同时这个对象都连接到kset 的list表上。同时位于ksets层次之上的是subsys，在最新的内核中已经取消subsys，因为它本质上也就是一个ksets。Kset有一套类似kobject的操作，实现上只是进一步调用其自身kobj的相应操作，毕竟ksets本质上也是一个kobject。
struct kset {
 struct subsystem * subsys;  在最新内核中已经没有subsys概念了。统一用ksets
 struct kobj_type * ktype;   类型。
 struct list_head list;    同一kset的链表
 spinlock_t  list_lock;
 struct kobject  kobj; 自身的kobjects
 struct kset_uevent_ops * uevent_ops;
};(linux 2.6.18)

最后 属于同一个集合的对象可以拥有共同的属性：ktype 。

struct kobj_type {
 void (*release)(struct kobject *);
 struct sysfs_ops * sysfs_ops;
 struct attribute ** default_attrs;
};
所谓的属性更具体一点说就是一些键值对。并且在sysfs_ops中的show函数被文件系统调用来显示sys/下面对应入口各属性的值。

如此 ，kobjects与ksets实现层次树的底层骨架。
进一步地，通过封装这些底层结构来实现上层的设备驱动模型。
内核设备驱动模型层次划分三个方面：总线，设备，驱动。

二、linux设备模型层次关系：bus_type,device,device_driver

基本关系简要的概括如下：
驱动核心可以注册多种类型的总线。
每种总线下面可以挂载许多设备。(通过kset devices)
每种总线下可以用很多设备驱动。(通过包含一个kset drivers)}
每个驱动可以处理一组设备。

这种基本关系的建立源于实际系统中各种总线，设备，驱动结构的抽象。

下面看看三者数据结构的定义。

首先是总线，bus_type.
struct bus_type {
 const char  * name;

 struct subsystem subsys;//代表自身
 struct kset  drivers;   //当前总线的设备驱动集合
 struct kset  devices; //所有设备集合
 struct klist  klist_devices;
 struct klist  klist_drivers;

 struct bus_attribute * bus_attrs;//总线属性
 struct device_attribute * dev_attrs;//设备属性
 struct driver_attribute * drv_attrs;

 int  (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv);//设备驱动匹配函数
 int  (*uevent)(struct device *dev, char **envp,  
      int num_envp, char *buffer, int buffer_size);//热拔插事件
 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);
};
这是2.6.18的定义。源码能说明一切。下面是设备device的定义：

struct device {

struct device  * parent; //父设备，一般一个bus也对应一个设备。
struct kobject kobj;//代表自身
char bus_id[BUS_ID_SIZE];
struct bus_type * bus;  /* 所属的总线 */
struct device_driver *driver; /* 匹配的驱动*/

void  *driver_data; /* data private to the driver 指向驱动 */
 void  *platform_data; /* Platform specific data，由驱动定义并使用*/

///更多字段忽略了

};

下面是设备驱动定义：

struct device_driver {
 const char  * name;
 struct bus_type  * bus;//所属总线

 struct completion unloaded;
 struct kobject  kobj;//代表自身
 struct klist  klist_devices;//设备列表
 struct klist_node knode_bus;

 struct module  * owner;

 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);
};

OK。基本的东西弄明白了。通过PCI驱动中设备模型的实例来看看细节。