linux驱动篇之 driver_register 过程分析（二）

1.概述

本篇主要围绕driver_register中的第二步bus_add_driver展开分析。在上一篇博文中主要分析了driver_find的过程，在driver_register中调用driver_find主要是为了检验驱动是否已经注册到kernel中，如果没有注册，那么接下来的几个步骤才是driver_register的核心作用。

driver_register简化过程如下：

int driver_register(struct device_driver *drv)
    |
    |--> driver_find //查找驱动是否已经装载 （上篇博文已经分析）
    |--> bus_add_driver//根据总线类型添加驱动
    |--> driver_add_groups//将驱动添加到对应组中
    |--> kobject_uevent//注册uevent事件

2.bus_add_driver分析

2.1 bus_add_driver源码

bus_add_driver源码在./drivers/base/bus.c文件中

/**
 * bus_add_driver - Add a driver to the bus.
 * @drv: driver.
 */
int bus_add_driver(struct device_driver *drv)
{
    struct bus_type *bus;
    struct driver_private *priv;
    int error = 0;

    bus = bus_get(drv->bus);
    if (!bus)
        return -EINVAL;

    pr_debug("bus: '%s': add driver %s\n", bus->name, drv->name);

    priv = kzalloc(sizeof(*priv), GFP_KERNEL);
    if (!priv) {
        error = -ENOMEM;
        goto out_put_bus;
    }
    klist_init(&priv->klist_devices, NULL, NULL);
    priv->driver = drv;
    drv->p = priv;
    priv->kobj.kset = bus->p->drivers_kset;
    error = kobject_init_and_add(&priv->kobj, &driver_ktype, NULL,
                     "%s", drv->name);
    if (error)
        goto out_unregister;

    klist_add_tail(&priv->knode_bus, &bus->p->klist_drivers);
    if (drv->bus->p->drivers_autoprobe) {
        error = driver_attach(drv);
        if (error)
            goto out_unregister;
    }
    module_add_driver(drv->owner, drv);

    error = driver_create_file(drv, &driver_attr_uevent);
    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);
        }
    }

    return 0;

out_unregister:
    kobject_put(&priv->kobj);
    kfree(drv->p);
    drv->p = NULL;
out_put_bus:
    bus_put(bus);
    return error;
}

代码稍微有点长，但是为了保留kernel源码的美感，所以上面代码没有做任何改动。

2.1  bus_add_driver简化过程

为了使分析bus_add_driver不显得太杂乱，这里我将bus_add_driver分为以下几个部分：

int bus_add_driver(struct device_driver *drv)
    |
    |---> bus_get/*获取总线类型(bus_type)*/
    |
    |---> klist_init/*          --\                                           */
    |---> kobject_init_and_add/*   >  kset, kobject节点初始化，插入链表（尾插）  */
    |---> klist_add_tail/*      --/                                           */
    |
    |---> module_add_driver
    |---> driver_create_file
    |---> driver_add_attrs

在bus_add_driver函数里，只传过来一个参数就是device_driver *drv。为什么bus_add_driver只需要device_driver的指针这一个参数？device_driver是不是很熟悉？我们在写驱动时，device_driver是一个非常重要的结构体。在文件./include/linux/device.h中有device_driver的定义。

struct device_driver {
    const char      *name;
    struct bus_type     *bus;

    struct module       *owner;
    const char      *mod_name;  /* used for built-in modules */

    bool suppress_bind_attrs;   /* disables bind/unbind via sysfs */

    const struct of_device_id   *of_match_table;
    const struct acpi_device_id *acpi_match_table;

    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 attribute_group **groups;

    const struct dev_pm_ops *pm;

    struct driver_private *p;
};

从上面的device_driver结构内容可以看出，里面包含了driver的名字(name)，总线的类型(bus)，所属的模块(owner)。和一些非常重要的函数指针，例如嗅探函数指针probe，驱动删除函数指针remove，关机时调用的函数指针shutdown，睡眠时调用的函数指针suspend，睡眠唤醒时恢复驱动的函数指针resume等等....

对于一个初级的驱动，是不是最先了解的是name、bus、module、probe这个成员变量？通过后面的分析，我们可以深入理解这些变量的作用。

2.2 简化过程分析

在kernel中的函数名一般都很通俗易懂，例如我们要分析的bus_add_driver，就有简单bus、add和driver等单词组合。所以凭借男人的第六感，能够大概猜出是在某个bus上添加驱动了。所以在刚才简化bus_add_driver的第一个过程就是bus_get。bus_get的名字言简意赅，获得bus。因为我们要在某个bus上添加driver。

2.2.1 bus_get源码：

bus_get 源码./drivers/base/bus.c

bus = bus_get(drv->bus);
/*--------------------------------------------------*/
static struct bus_type *bus_get(struct bus_type *bus)
{
    if (bus) {//判断bus是否为空
        kset_get(&bus->p->subsys);
        return bus;//不为空则return bus
    }
    return NULL;//bus 为空，那么return NULL;
}

bus_get相对比较简单，上一篇博文是以platform_driver_register开始讲解的，所以bus_type为platform_bus_type。

2.2.2 klist_init, kobject_init_and_add, klist_add_tail分析

klist_init，kobject_init_and_add 和klist_add_tail我把他们归纳在一起，主要完成了Kobject的初始化和将初始化的kobjec尾插到kset链表中。还记得在上篇博文讲解中driver_find的过程，就涉及到一个链表的遍历过程吧，如果链表里面有对应驱动的name说明驱动已经注册了。如果第一次注册，驱动的name当然是在链表中不存在的(除非冲突了)，所以这里的操作就是将驱动相关的基类Kobject添加到对应kset的循环链表中。

klist_init

在bus_add_driver调用时如下：

klist_init(&priv->klist_devices, NULL, NULL);

所以我们观察一下参数，后面两个是NULL，前面是&priv->klist_devices。注意有一个“&”符号，也就是将priv的成员klist_devices地址传送过去。

补：像用C编写的代码，尤其是linux 源码，内核中会经常传送指针。一般传送一级指针要留意，传送二级指针要多留意，传送结构体指针要更加留意。
这个函数很明显是将klist_devices的地址传送过去进行初始化了。那么如何初始化？初始化了哪些内容呢？为了解决这个问题，我们得先知道要被初始化的变量是什么类型的！

首先来了解bus_add_driver中的struct driver_private *priv;这个priv是指向driver_private结构体的指针。其成员如下

struct driver_private {
    struct kobject kobj;
    struct klist klist_devices;
    struct klist_node knode_bus;
    struct module_kobject *mkobj;
    struct device_driver *driver;
};

private是私有的意思，很多面向对象的语言都有private关键字，表示资源是私有的，其他人不能随意使用。这里driver_private的意思是driver所拥有的资源，相当于将driver相关

的资源封装了一个结构体中，使得代码的层次感更强，面向对象的美感更好。对于priv ，bus_add_driver有如下几个操作：

struct driver_private *priv;//定义priv指针
priv = kzalloc(sizeof(*priv), GFP_KERNEL);//初始化priv指针，指向申请的driver_private结构体地址

好了，这个清楚了后我们就该继续看klist_init初始化的&priv->klist_devices，klist_devices在driver_private定义如下：

struct klist klist_devices;

klist结构体在文件./include/linux/klist.h中定义

struct klist {
    spinlock_t      k_lock;
    struct list_head    k_list;
    void            (*get)(struct klist_node *);
    void            (*put)(struct klist_node *);
}

这里就很简单了，既然是要对klist_devices初始化，通过上面的定义可以看到有4个成员变量：自旋锁k_lock，链表节点k_list和两个函数指针get，put。

klist_ini的t源码在文件./lib/klist.c

void klist_init(struct klist *k, void (*get)(struct klist_node *),
        void (*put)(struct klist_node *))
{
    INIT_LIST_HEAD(&k->k_list);
    spin_lock_init(&k->k_lock);
    k->get = get;
    k->put = put;
}

知道了klist_devices的成员，上面的代码就很简单了，就是对klist_devices的四个成员变量进行初始化。代码比较简单，就不细说了。只简单提一下INIT_LIST_HEAD，因为在内核中经常可以看到这个函数。

在文件./include/linux/list.h中有INIT_LIST_HEAD定义

static inline void INIT_LIST_HEAD(struct list_head *list)
{
    list->next = list;
    list->prev = list;
}

很明显，这是一个 内联函数(有inline)。实现的功能也很简单，list是链表，我们在实现循环链表时总会定义两个指针next和prev。next指向下一个节点的地址，prev指向上一个节点的地址。所以INIT_LIST_HEAD其实就是使next和prev都指向自己的地址，我们判断链表是否为空的时候不就是看看next和prev指向的地址是否相同吗，相同表示为空。

下面是INIT_LIST_HEAD的一个简单示意图

kobject_init_and_add

kobject_init_and_add源码在文件./lib/kobject.c  

/**
 * kobject_init_and_add - initialize a kobject structure and add it to the kobject hierarchy
 * @kobj: pointer to the kobject to initialize
 * @ktype: pointer to the ktype for this kobject.
 * @parent: pointer to the parent of this kobject.
 * @fmt: the name of the kobject.
 *
 * This function combines the call to kobject_init() and
 * kobject_add().  The same type of error handling after a call to
 * kobject_add() and kobject lifetime rules are the same here.
 */
int kobject_init_and_add(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype,
             struct kobject *parent, const char *fmt, ...)
{
    va_list args;
    int retval;

    kobject_init(kobj, ktype);

    va_start(args, fmt);
    retval = kobject_add_varg(kobj, parent, fmt, args);
    va_end(args);

    return retval;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(kobject_init_and_add);

过注释可以很清楚的知道kobject_init_and_add的作用，初始化kobject结构体并添加到kobject的层次中。

kobject_init_and_add通过kobject_init初始化kobject，通过kobject_add_varg完成添加操作。

kobject_init_and_add

|------ kobject_init

kobject_init源码也在文件./lib/kobject.c  中

/**
 * kobject_init - initialize a kobject structure
 * @kobj: pointer to the kobject to initialize
 * @ktype: pointer to the ktype for this kobject.
 *
 * This function will properly initialize a kobject such that it can then
 * be passed to the kobject_add() call.
 *
 * After this function is called, the kobject MUST be cleaned up by a call
 * to kobject_put(), not by a call to kfree directly to ensure that all of
 * the memory is cleaned up properly.
 */
void kobject_init(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype)
{
    char *err_str;

    if (!kobj) {//检查kobj指针是否指向有效的kobject
        err_str = "invalid kobject pointer!";
        goto error;
    }
    if (!ktype) {//检查ktype是否指向有效的kobj_type
        err_str = "must have a ktype to be initialized properly!\n";
        goto error;
    }
    if (kobj->state_initialized) {//检查kobj的初始化状态是否已经被初始化
        /* do not error out as sometimes we can recover */
        printk(KERN_ERR "kobject (%p): tried to init an initialized "
               "object, something is seriously wrong.\n", kobj);
        dump_stack();
    }

    kobject_init_internal(kobj);//如果上面检查都通过，那么开始初始化
    kobj->ktype = ktype;
    return;

error:
    printk(KERN_ERR "kobject (%p): %s\n", kobj, err_str);
    dump_stack();
}
EXPORT_SYMBOL(kobject_init);

这个函数注释也写的很清楚了This function will properly initialize a kobject such that it can then be passed to the kobject_add() call. 功能虽简单，但是内核做事还是比较严谨，从代码中对kobj、ktype和kobj->state_initialized依次进行了检查。检查无误开始调用kobject_init_internal

kobject_init_internal源码如下：[ ./lib/kobject.c ]

static void kobject_init_internal(struct kobject *kobj)
{
    if (!kobj)
        return;
    kref_init(&kobj->kref);
    INIT_LIST_HEAD(&kobj->entry);
    kobj->state_in_sysfs = 0;
    kobj->state_add_uevent_sent = 0;
    kobj->state_remove_uevent_sent = 0;
    kobj->state_initialized = 1;
}

上面是对kobject真正的初始化。因为kobject是linux设备驱动的核心结构体之一，所涉及到的内容比较多也比较复杂，所以这里就不再深究具体初始化的含义。希望在以后的设备驱动相关博文中详解。

kobject_init_and_add

|------ kobject_add_varg

上面初始化好kobject后，开始通过kobject_add_varg添加kobject

kobject_init_and_add源码如下，在文件./lib/kobject.c中

static int kobject_add_varg(struct kobject *kobj, struct kobject *parent,
                const char *fmt, va_list vargs)
{
    int retval;

    retval = kobject_set_name_vargs(kobj, fmt, vargs);
    if (retval) {
        printk(KERN_ERR "kobject: can not set name properly!\n");
        return retval;
    }
    kobj->parent = parent;
    return kobject_add_internal(kobj);
}

在分析这个函数时，有必要看看kobject_init_and_add的函数接口定义：

int kobject_init_and_add(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype, struct kobject *parent, const char *fmt, ...)

最后的参数const char *fmt, ...是可变参数，那么fmt的值是什么呢？再来看看调用kobject_init_and_add时的传参：

error = kobject_init_and_add(&priv->kobj, &driver_ktype, NULL, "%s", drv->name);

所以可变参数const char *fmt, ...的内容是"%s", drv->name也就是驱动的名字。在kobject_init_and_add中的kobject_set_name_vargs函数通过处理可变参数，最终将drv->name的内容给kobj->name。

最后的重点就是

return kobject_add_internal(kobj);

kobject_add_internal的作用还是非常多的。通过kobject_add_internal将准备好的kobject添加到kset的循环列表中，并且在sys/目录下创建kobject的目录。

kobject_init_and_add

|------ kobject_add_varg

|-------kobject_add_internal

kobject_add_internal源码在在文件./lib/kobject.c中

static int kobject_add_internal(struct kobject *kobj)
{
    int error = 0;
    struct kobject *parent;

    if (!kobj)
        return -ENOENT;

    if (!kobj->name || !kobj->name[0]) {
        WARN(1, "kobject: (%p): attempted to be registered with empty "
             "name!\n", kobj);
        return -EINVAL;
    }

    parent = kobject_get(kobj->parent);

    /* join kset if set, use it as parent if we do not already have one */
    if (kobj->kset) {
        if (!parent)
            parent = kobject_get(&kobj->kset->kobj);
        kobj_kset_join(kobj);
        kobj->parent = parent;
    }

    pr_debug("kobject: '%s' (%p): %s: parent: '%s', set: '%s'\n",
         kobject_name(kobj), kobj, __func__,
         parent ? kobject_name(parent) : "<NULL>",
         kobj->kset ? kobject_name(&kobj->kset->kobj) : "<NULL>");

    error = create_dir(kobj);
    if (error) {
        kobj_kset_leave(kobj);
        kobject_put(parent);
        kobj->parent = NULL;

        /* be noisy on error issues */
        if (error == -EEXIST)
            WARN(1, "%s failed for %s with "
                 "-EEXIST, don't try to register things with "
                 "the same name in the same directory.\n",
                 __func__, kobject_name(kobj));
        else
            WARN(1, "%s failed for %s (error: %d parent: %s)\n",
                 __func__, kobject_name(kobj), error,
                 parent ? kobject_name(parent) : "'none'");
    } else
        kobj->state_in_sysfs = 1;

    return error;
}

上面的的代码说多不多，说少也不简单....
还是为了简化，我把kobject_add_internal的功能简化如下（一些简单的if 判断就不细讲了）：

static int kobject_add_internal(struct kobject *kobj)
{
    parent = kobject_get(kobj->parent);//读取kobject的parent指针
<span style="white-space:pre">    </span>……
    /* join kset if set, use it as parent if we do not already have one */
    if (kobj->kset) {//判断kobject的kset是否为空
        if (!parent)
            parent = kobject_get(&kobj->kset->kobj);
        kobj_kset_join(kobj);
        kobj->parent = parent;
    }
<span style="white-space:pre">    </span>……
    error = create_dir(kobj);//穿件kobject的相关目录
<span style="white-space:pre">    </span>……
        kobj->state_in_sysfs = 1;//更改kobject的sys文件系统状态标志

    return error;
}

代码里面if (kobj->kset)对kobject的kset进行的检查，那么我们这里的kset什么值呢？这就要回到bus_add_driver函数，其中有这么一句话priv->kobj.kset = bus->p->drivers_kset;所以此时的kobject->kset不为空。

if (!parent)的作用是判断kobject是否有父类，对于kset、kobject、parent和list，在权威书籍LDD3-chapter14（linux设备驱动）中有一个很经典的图，所以我就借花献佛了。

上图~

解释：

• 在链表中每一个kobject都有一个指向kset的指针。
• 在链表中每一个kobject都有指向父类kobject(内嵌在kset中)的指针
• 在链表中每一个kobject 都有链表指针（next、prev）指向相邻的节点

这张图很简洁的解释了kset和kobject的基本关系。感兴趣的请直接阅读葵花宝典《LDD3》。点击下载LDD3

他们之间的关系清楚了后，我们开始分析kobject是如何添加到kset的链表中的。这个功能是由kobj_kset_join完成的

kobj_kset_join源码在./lib/kobject.c中

/* add the kobject to its kset's list */
static void kobj_kset_join(struct kobject *kobj)
{
    if (!kobj->kset)
        return;

    kset_get(kobj->kset);//获取kset
    spin_lock(&kobj->kset->list_lock);<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">//上锁</span>
    list_add_tail(&kobj->entry, &kobj->kset->list);
    spin_unlock(&kobj->kset->list_lock);解锁
}

其中spin_lock和spin_unlock都是对自旋锁的操作，这里不多讲了。比较重要的就是list_add_tail。
list_add_tail通过名字，我们能猜到这个函数就是在链表中添加节点，其中tail应该就是从尾部添加也就是尾插法了。

kobject_init_and_add

|------ kobject_add_varg

|-------kobject_add_internal

|------list_add_tail

list_add_tail源码在头文件./include/linux/list.h 中

/**
 * list_add_tail - add a new entry
 * @new: new entry to be added
 * @head: list head to add it before
 *
 * Insert a new entry before the specified head.
 * This is useful for implementing queues.
 */
static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head)
{
    __list_add(new, head->prev, head);
}

而__list_add的源码如下：

static inline void __list_add(struct list_head *new,
                  struct list_head *prev,
                  struct list_head *next)
{
    next->prev = new;
    new->next = next;
    new->prev = prev;
    prev->next = new;
}

很明显，上面的代码就是链表插入节点的操作。只是稍微注意一下传参过程，因为参数的名称并不一致，但是都是指针，细心一点就没有问题的。
总结上述过程，通下图表示：

上图~

当kobject成功添加到kset的链表中后，开始在sysfs中创建kobject的相关目录，这个过程由error = create_dir(kobj);完成。

一下是sysfs穿件目录的核心代码：在文件 ./fs/sysfs/dir.c中

/**
 *  sysfs_create_dir - create a directory for an object.
 *  @kobj:      object we're creating directory for.
 */
int sysfs_create_dir(struct kobject * kobj)
{
    enum kobj_ns_type type;
    struct sysfs_dirent *parent_sd, *sd;
    const void *ns = NULL;
    int error = 0;

    BUG_ON(!kobj);

    if (kobj->parent)
        parent_sd = kobj->parent->sd;
    else
        parent_sd = &sysfs_root;

    if (!parent_sd)
        return -ENOENT;

    if (sysfs_ns_type(parent_sd))
        ns = kobj->ktype->namespace(kobj);
    type = sysfs_read_ns_type(kobj);

    error = create_dir(kobj, parent_sd, type, ns, kobject_name(kobj), &sd);
    if (!error)
        kobj->sd = sd;
    return error;
}

sysfs穿件目录的代码就不详细说明了，记得在前面分析kobject_init_and_add时，有这样的一句注释 initialize a kobject structure and add it to the kobject hierarchy

单词hierarchy是 层级，等级的意思。注释的大致意思是将kobject添加到kobject等级中。这里的“等级”体现最明显的就是目录结构。

说到目录，我们会很快联想到子目录或者上一级目录。要在sysfs里面创建kobject相关的目录，也需要遵守目录的等级制度啦。按照kobject的parent(也是kobject类)就是上一级目录的规则去创建，目录名是kobject->name。为了能让读者更加清楚创建的规则，我就以目前手中的平台为例：

文章开头，我们是以platform_driver_register为例子讲解，目前我手上刚好有一个国产君正M200平台的开发板。处理器是mips架构。

假设，我们要注册的驱动是framebuffer。在君正平台代码中，有如下定义：

static struct platform_driver jzfb_driver = {
    .probe = jzfb_probe,
    .remove = jzfb_remove,
    .shutdown = jzfb_shutdown,
    .driver = {
           .name = "jz-fb",
#ifdef CONFIG_PM
           .pm = &jzfb_pm_ops,
#endif

           },
};

可以看到driver->name 是“jz-fb”。通过platform_driver_register(&jzfb_driver);注册platform架构驱动。当代码执行到上述过程，肯定会在sysfs下创建相关的目录，并且以kobject->name命名。

我通过终端，访问sys目录，结果如下：

上图~

所以可以观察到/sys/bus/platform/drivers/jz-fb 的目录结构刚好符合了我们分析代码的顺序。

总结 

上面主要分析了driver在注册过程中，初始化driver的kobject和将kobject添加到对应的层级结构中。