Linux设备模型 (4)

《Linux设备模型 (2)》和《Linux设备模型 (3)》主要通过一些简单的实作介绍了kobject、kset、kobj_type、attribute等数据结构的用法，但这些实作并没有涉及到实际环境下的设备模型和sysfs。本文将以/sys下的module子目录为例，看看内核是如何构建sysfs这棵大树的。

（注：本文的分析基于2.6.36内核）

 

module的创建

当module被insmod到内核空间时，/sys/module目录下会相应创建一个和模块同名的目录。我们以usb_storage为例，在执行完sudo modprobe usb_storage之后，sysfs里会产生一个名为usb_storage的目录，其目录结构是:

在Linux 2.6内核里，module的插入是由用户程序insmod（modprobe最终也是调用insmod）发起的，但大部分工作还是由内核完成。我们可以用strace来观察一下insmod的流程。

stat64("/sys/module/usb_storage", 0xbfb9a654) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/lib/modules/2.6.35-24-generic/kernel/drivers/usb/storage/usb-storage.ko", O_RDONLY) = 3
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=94776, ...}) = 0
mmap2(NULL, 94776, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xb776f000
close(3)                                = 0
init_module(0xb776f000, 94776, "")      = 0
munmap(0xb776f000, 94776)               = 0
exit_group(0)                           = ?

从这个流程我们可以看到，insmod在执行时，首先会把module的内容映射到内存里，然后呼叫系统调用init_module来实现真正的工作。

如上图所示，这是系统调用init_module的执行路径。因为本文只是讨论设备模型和sysfs，流程图里只涉及到相关的内容。 

1、mod_sysfs_init首先会查询当前模块（本例中是usb_storage）在sysfs中是否已经存在，如果没有，则调用kobject_init_and_add创建之；

2、调用kobject_create_and_add创建holders目录。holders目录用于存放指向其他module的链接，这里的其他module都是依赖于当前module的。以usb_storage为例，如果我们需要使用ums_XX模块（比如ums_karma或者ums_freecom等），可以调用sudo modprobe ums_XX来完成加载，因为ums_XX依赖于usb_storage，所以在usb_storage/holders目录下就会创建指向ums_XX的链接，同时refcnt也会加1；

3、module_param_sysfs_setup用来创建parameters目录，这个目录里的文件对应着当前module的所有参数。在Linux内核里，module的二进制ko文件中的__param section用来存储当前module的参数，load_module会把这些参数读取到内存结构里，module_param_sysfs_setup再根据相应的结构来创建paramters目录及其参数文件；

4、module_add_modinfo_attrs用来创建当前module目录下的4个文件：version、srcversion、refcnt和initstate，其中version和srcversion的信息存储在二进制ko文件的.modinfo section里。对于usb_storage模块来说，并没有指定version，所以不存在version这个文件。顺便罗嗦一句，在Linux内核里，可以用宏MODULE_VERSION定义版本号，比如MODULE_VERSION("v1.00")定义版本号为v1.00，这里的版本信息完全是字符串，并无特定格式。srcversion可以由MODULE_INFO(srcversion, xxx)来定义，但一般情况下由modpost默认生成就可以了。refcnt反映当前module的引用计数。initstate反映module的三种状态：live、coming和going；

5、add_usage_links和holders是密切相关的，但这个函数并不是操作当前module的holders目录。以ums_XX为例，在ums_XX的加载过程中，其add_usage_links会把自己作为链接加到usb_storage的holders目录下；

6、sections目录对应当前module的二进制ko文件里的section信息，这是通过add_sect_attrs实现的。需要提醒一下的是，section的命名通常以“.”开头，而以“.”开头的文件在Linux里被认为是隐藏文件，所以如果要察看的话要在ls命令后加"-a"参数，下面谈到的notes同样需要这样处理；

7、add_notes_attrs用来创建notes目录。ELF文件格式定义了一种名为note的元素，主要用于给二进制文件添加一些标示信息。通常，我们可以用readelf来察看ELF文件是否包含note section。比如usb_storage，我们可以使用命令“readelf usb-storage.ko -n”察看，其输出如下：

Notes at offset 0x00000034 with length 0x00000024:

Owner Data size Description

GNU 0x00000014 NT_GNU_BUILD_ID (unique build ID bitstring)

相应的，在/sys/module/usb_storage/notes目录下建立的notes文件就是.note.gnu.build-id。

 

上面的7条流程里，并无创建drivers的地方，那/sys/module/usb_storage下的drivers目录是如何建立的呢？答案在下图：

 

在usb_storage的module_init中，会调用usb_register来注册usb_driver结构，如图中所示，最终会调用module_add_driver来创建drivers目录。

 

module的撤销

module的撤销过程和前文中的创建过程一一对应，在这里就不详细叙述了，请看下图。

 

 

关于sysfs中的其他子目录的创建和撤销，大家也可以很容易的在Linux内核中找到对应的代码，本文不再一一赘述。