linux设备驱动模型之Kobject、kobj_type、kset【转】

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学习中platform平台驱动中，慢慢发现底层有一个叫做Linux设备驱动模型的东西。发现是它是底层驱动重要的组织结构，现在针对设备驱动模型进行分析。从而加深对整个设备驱动注册的理解。

用户空间程序通过sysfs虚拟文件系统访问设备的相关信息。这些信息被组织成层次结构，用sysfs虚拟文件系统来表示，用户通过对sysfs的操作，就可以控制设备或者读取设备的信息。

一、sysfs文件系统简介：

1、sysfs概述

sysfs文件系统是内核对象（kobject）、属性（kobj_type）、及它们相互关系的一种表现。
sysfs非常重要的特征：用户可以从sysfs中读出内核数据，也可以将用户数据写入内核。

2、内核结构与sysfs对应关系：

kobject    -->目录

kobj_type-->属性文件

3、特点

sysfs文件系统只存在于内存中，动态的表示内核数据结构。设备启动时，设备驱动模型会注册kobject对象，并在sysfs文件系统中产生sys下目录文件。
如
sys/bus：下列出了注册到系统中的总线，如USB总线、platform总线。
sys/class：注册到内核中的设备类，如声音类（sound）、输入类（input）。

二、核心数据结构

在Linux的驱动表示中，主要有三个基本的结构,分别是kobject、kset、ktype.这三个结构是设备模型中的下层架构。
模型中的每一个元素都对应一个kobject.
kset和ktype可以看成是kobject在层次结构与属性结构方面的扩充。将三者之间的关系用图的方示描述如下：

参考：http://blog.csdn.net/lizuobin2/article/details/51511336

如上图所示，sysfs中每一个目录都对应一个kobject.
这些kobject都有自己的parent。在没有指定parent的情况下，都会指向它所属的kset->object。
其次，kset也内嵌了kobject.这个kobject又可以指它上一级的parent。就这样。构成了一个空间上面的层次关系。
其实，每个对象都有属性。例如，电源管理，执插拨事性管理等等。
因为大部份的同类设备都有相同的属性，因此将这个属性隔离开来，存放在ktype中。
这样就可以灵活的管理了.记得在分析sysfs的时候。
对于sysfs中的普通文件读写操作都是由kobject->ktype->sysfs_ops来完成的.

1、kobject结构体

kobject组成设备驱动模型的基本结构。
sysfs中，设备用树形结构来表示，树形结构每一个目录对应一个kobject对象（目录组织结构和名字等信息）

struct kobject {
    const char      *name;                 kobject的名称，显示在sysfs文件系统中，作为一个目录的名字。
    struct list_head    entry;                   链接下一个kobject结构
    struct kobject      *parent;               指向父kobject结构体
    struct kset     *kset;                   指向所属的kest集合
    struct kobj_type    *ktype;                 指向kobject的属性文件，每个对象都有属性
                                    将属性单独组织成数据结构kobj_type存放在ktype中
                                    对于sysfs中的普通文件读写操作都是由kobject->ktype->sysfs_ops来完成的
    struct sysfs_dirent *sd;                      对应sysfs的文件目录
    struct kref     kref;                             kobject的引用计数
    unsigned int state_initialized:1;           初始化状态
    unsigned int state_in_sysfs:1;            是否已经加入到sysfs中
    unsigned int state_add_uevent_sent:1;
    unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
    unsigned int uevent_suppress:1;
};

在内核中，没有用kobject直接定义的变量，kobject只是作为一个抽象的基类而存在。一般都是将kobject嵌入到另一个结构，这个结构就可以看做是kobject的一个子类。而kobject的子类会比较关心kobject的属性和方法。

内核里的设备之间是以树状形式组织的，在这种组织架构里比较靠上层的节点可以看作是下层节点的父节点，
反映到sysfs里就是上级目录和下级目录之间的关系，在内核里，正是kobject帮助我们实现这种父子关系。

kobject的成员：

name表示的是kobject在sysfs中的名字；

指针parent用来指向kobject的父对象；

Kref大家应该比较熟悉了，kobject通过它来实现引用计数；

Kset指针用来指向这个kobject所属的kset；

对于ktype用来描述kobject的类型信息。

kobject的作用：

（1）kobject始终代表sysfs文件系统中的一个目录，name成员指定了目录名，不是文件。

（2）parent成员指定了kobject在sysfs中的目录，从而形成一个树形结构。

（3）ktype是kobject的属性，属性用文件来表示，放在kobject对应目录下。

 

2、设备属性kobj_type

每个kobject对象都有一些属性，这些属性由kobj_type表示，kobject中有指向kobj_type的指针，属性用文件来表示。

struct kobj_type {
    void (*release)(struct kobject *kobj); 释放kobject和其占用资源的函数
    const struct sysfs_ops *sysfs_ops;      操作下一个属性数组的方法
    struct attribute **default_attrs;        属性数组
    const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
    const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};

kobj_type的default_attrs成员保存了属性数组，每个kobject对象可以一个或多个属性，属性的定义如下：

struct attribute {
    const char      *name;      属性的名称，对应目录下一个文件的名字
    umode_t         mode;         属性的读写权限
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
    struct lock_class_key   *key;
    struct lock_class_key   skey;
#endif
};

kobj_type的default_attrs数组表明了kobject有哪些属性，但是没有说明如何操作这些属性，这个任务由kobj_type的
sysfs_ops->sysfs_ops来完成

struct sysfs_ops {
    ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);                      读属性操作函数
    ssize_t (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t);         写属性操作函数
    const void *(*namespace)(struct kobject *, const struct attribute *);
};

kobject：要读写的kobject指针，attribute：要读写的属性。

3.kset结构体

之前说kobject对应文件系统/sys里的一个目录，kset中包含kobject结构体，所以kset也对应于/sys里的一个目录。
简单来说，kset 与 kobj 都是目录，既然是目录，那么在就是一个树状结构，每一个目录都将有一个父节点，
在kset中使用kset.kobj->parent 指定 
在kboject中使用  kobj->parent 指定
显然，整个树状目录结构，都是通过kobj来构建的，只不过有些kobj嵌在Kset里，分析目录结构时把kset当成一个普通的kobj会好理解很多。
kobject通过kset组织成层次化的结构，kset是具有相同类型的kobject集合。像驱动程序放在/sys/drivers目录下一样，目录drivers是一个kset对象，包含系统中驱动程序对应的目录，驱动程序的目录有kboject表示。内核将相似的kboject结构连接在kset集合中。

struct kset {
    struct list_head list;
    spinlock_t list_lock;
    struct kobject kobj;
    const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
};

 

kobject与kset对应关系：

 

目前的简单理解：

linux存在一个虚拟文件系统/sysfs，内核启动挂接文件系统后会将sysfs文件系统挂接到/sys下。内核启动时会初始化并注册一些总线、设备，这些总线、设备等会在sys下创建目录，来存储，如/sys/bus/platform 下存储了平台设备信息。如何组织管理设备，并创建目录呢，通过设备驱动模型的几个重要结构体：Kobject、kobj_type、kset来组织和管理目录及文件结构。