读书笔记之linux内核设计与实现（16）kobject和sysfs

2.6内核增加了一个引人注目的新特性——统一设备模型（device model）。设备模型提供一个独立的机制专门来表示设备，并描述了其在系统中的拓扑结构。

17.1   kobject

       设备模型的核心部分就是kobject，它由struct kobject结构表示，定义于头文件（linux/kobject）中。kobject类似于C#或java这些面向对象语言中的object对象类， 提供了诸如引用计数、名称和父指针等字段，可以创建对象的层次结构。

struct kobject {
              char                          * k_name;
             char                           name[KOBJ_NAME_LEN];
               struct kref                  kref;
              struct list_head          entry;
              struct kobject              * parent;
              struct kset                  * kset;
              struct kobj_type         * ktype;
             struct dentry               * dentry;
};
k_name指针指向kobject名称的起始位置，如果名称长度小于KOBJ_NAME_LEN——当前为20个字节，那么该kobject的名称便存 放到name数组中，k_name指向数组头；如果名称大于20，则动态分配以讹足够大的缓冲区来存放kobject的名称，这时k_name指向缓冲 区。

       parent指针指向kobject的父对象。因此，kobject就会在内核中构造一个对象层次结构，并且可以将对各对象间的关系表现出来，就如你看到 的，这便是sysfs的真正面目：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。

       dentry指针指向dentry结构体，在sysfs中该结构体就表示这个kobject，当然假设该kobject已反映在sysfs中。

        kobject通常是嵌入到其他结构中的，其单独意义其实并不大。相反，那些更为重要的结构体才真正需要用到kobject结构。比如struct   cdev。

struct    cdev   {

              struct     kobject               kobj;

              struct      module             *owner;

             struct     file_operations    *ops;

             struct     list_head           list;

             dev_t                             dev

              unsigned    int               count;

};

       当kobject被嵌入到其他结构体中时，该结构体便拥有了kobject提供的标准功能。更重要的一点是，嵌入kobject接结构体可以成为对象层次 架构中的一部分。比如cdev结构体就可以通过其父进程指针cdev->kobj->parent和链表 cdev->kobj->entry来插入到对象层次结构中。

17.2   ktype

       kobject对象被关联到一种特殊的类型，即ktype。ktype由kobj_type结构体表示，定义于中：

struct kobj_type {
                  void                                 (*release)(struct kobject *);
                    struct     sysfs_ops          * sysfs_ops;
                    struct      attribute             ** default_attrs;
};
ktype是为了描述一族kobject所具有的普遍特性。因此，不再需要每个kobject都分别定义自己的特性，而是将这些普遍的特性在ktype结 构体中一次定义，然后所有“同类”的kobject都能共享一样的特性。release指针指向在kobject引用计数减至0时要被调用的析构函数。该 函数负责释放所有kobject使用的内存和其它相关清理工作。sysfs_ops变量指向sysfs_ops结构体。该结构体描述了sysfs文件读写 时的特性。default_attrs指向一个attribute结构体数组。这些结构体定义了该kobject相关的默认属性。属性给定了对象的特征， 如果该kobject被导出到sysfs中，那么这些属性都将相应的作为文件而导出。

17.3   kset

       kset是kobject对象的集合体。把它看成一个容器，可将所有相关的kobject对象，比如“全部的块设备”置于同一位置。kset可把 kobject集中到一个集合中，而ktype描述相关类型kobject所共有的特性，它们之间的重要区别在于：具有相同ktype的kobject可 以分到不同的kset中（同一个kset中的kobject是否具有相同的ktype吗？？？）。kobject的kset指针指向相应的kset集合。

struct kset {
          struct    subsystem              * subsys;
          struct     kobj_type                * ktype;
          struct     list_head                 list;
          struct   kobject                    kobj;
         struct    kset_hotplug_ops       * hotplug_ops;
};
        其中ktype指针指向集合（kset）中的kobject对象的类型（ktype），list连接该集合(kset)中所有的kobject对象。 kobj指向的kobject对象代表了该集合的基类。hotplug_ops指向一个用于处理集合中kobject对象的热拔插操作的结构体。 subsys指针指向该结构体相关的struct subsystem结构体。

17.4   subsystem

       subsystem在内核中代表高层概念，它是一个或多个kset的大集合。

struct subsystem {
struct kset   kset;
struct rw_semaphore rwsem;
};
        虽然subsystem结构体只指向一个kset，但是多个kset可以通过其subsys指针指向一个subsystem这种单向关系意味着不可能仅仅 通过一个subsystem结构体就找到所有的ksets。subsystem中的kset字段指向的是subsystem中的默认kset，它在对象层 次结构中起到了粘合剂的作用。rwsem是一个读写信号量，它用来对subsystem和它的所有kset进行并发访问保护。

17.6    管理和操作kobject

17.7    引用计数

kobject的主要功能之一就是为我们提供了一个统一的引用计数系统。初始化后，kobject的引用计数设置为1。只要引用计数不为0，那么该 对象就会继续保留在内存中，也可以说是被“钉”住了，任何包含对象引用的代码首先要增加该对象的引用计数，当代码结束后则减少它的引用计数。当引用计数减 为0时，对象便可以被销毁，同时相关内存也都被释放。

       增加一个引用计数可通过kobject_get()函数完成：

struct   kobject    * kobject_get(struct kobject   *kobj);

该函数正常情况下返回一个指向kobject的指针，如果失败，则返回NULL指针。

减少引用计数通过kobject_put()完成：

void   kobject_put(struct kobject    *kobj);

17.8    sysfs

       sysfs文件系统是一个处于内存中的虚拟文件系统，它为我们提供了kobject对象层次结构的视图。帮助用户可以一个简单文件系统的方式来观察系统中 各种设备的拓扑结构。借助属性对象，kobject可用导出文件的方式，将内核变量提供给用户读取或写入。

      sysfs的诀窍是把kobject对象与目录项紧密联系起来，这点是通过kobject中的dentry（directory entry）字段实现的。回忆一下12章，dentry结构体表示目录项，通过连接kobject到指定的目录项上，无疑方便的将kobject映射到该 目录上。好了，kobject其实已经形成了一棵树了——就是我们心爱的对象模型体系。

       sysfs的根目录下包含了七个子目录：block、bus、class、devices、firmware、module和power。block目录 下的每个子目录都对应着系统中的一个块设备。反过来，每个目录下又都包含了该块设备的所有分区。bus目录提供了一个系统总线视图。class目录包含了 以高层功能逻辑组织起来的系统设备视图。devices目录是系统中设备拓扑结构视图，它直接映射出了内核中设备结构体的组织层次。firmware目录 包含一些诸如ACPI、EDD、EFI等低层子系统的特殊树。power目录包含了系统范围的电源管理数据。

17.8.1   sysfs中添加和删除kobject

       仅仅初始化一个kobject是不能自动将其导出到sysfs中的，想要把kobject导入sysfs,需要用到函数kobject_add():

int   kobject_add(struct   kobject   *kobj);

       kobject在sysfs中的位置取决于kobject在对象层次结构中的位置。如果kobject的父指针被设置，那么在sysfs中kobject 将被映射为其父目录下的子目录，如果parent没有设置，那么kobject将被映射到kset->kobj中的子目录。两者都未设置，映射为 sysfs下的根级目录。

17.8.2   向sysfs中添加文件

       我们已经看到kobject被映射为文件目录，而且所有的对象层次结构都优雅的、一个不少的映射成为sys下的目录结构。但是里面的文件是什么？sysfs仅仅是一个漂亮的树，但是没有提供实际数据的文件。

       默认属性

       默认的文件集合是通过kobject和kset中的ktype字段提供的。因此所有具有相同类型的kobject在它们对应的sysfs目录下都拥有相同 的默认文件集合。kobj_type字段含有一个字段——default_attrs，它是看一个attribute结构体数组。这些属性负责将内核数据 映射成sysfs中的文件。

struct attribute {
            char                         * name;
             struct    module       * owner;
           mode_t                     mode;
};
其中name字段提供了该属性的名称，最终出现在sysfs中的文件名就是它。owner字段在存在所属模块的情况下指向其所属的module结构体。如果一个模块没有该属性，那么该字段为NULL。mode字段类型为mode_t，他表示sysfs中该文件的权限。

       虽然default_attrs列出了默认的属性，sysfs_ops字段则描述了如何使用它们。sysfs_ops字段指向了一个定义与文件的同名结构体：

struct sysfs_ops {
ssize_t (*show)(struct kobject *,     struct attribute *,       char *);
ssize_t (*store)(struct kobject *,     struct attribute *,       const char *, size_t);
};
      show()方法在读操作时被调用。它会拷贝由attr提供的属性值到buffer指定的缓冲区，缓冲区大小为PAGE_SIZE字节；该函数若执行成功，返回写入buffer的字节数，失败，返回负的错误码。

     store()方法在写操作时调用，它会从buffer中读取size大小的字节，并将其放入attr表示的属性结构体变量中。