做废塑料生意那个网站最专业,做农业网站,网络游戏工作室加盟,一个空间只能放一个网站吗1. 概述今天来聊一下Linux设备模型的基石#xff1a;kset/kobject/ktype。sysfs文件系统提供了一种用户与内核数据结构进行交互的方式#xff0c;可以通过mount -t sysfs sysfs /sys来进行挂载#xff1b;Linux设备模型中#xff0c;设备、驱动、总线组织成拓扑结构#x… 1. 概述今天来聊一下Linux设备模型的基石kset/kobject/ktype。sysfs文件系统提供了一种用户与内核数据结构进行交互的方式可以通过mount -t sysfs sysfs /sys来进行挂载Linux设备模型中设备、驱动、总线组织成拓扑结构通过sysfs文件系统以目录结构进行展示与管理Linux设备模型中总线负责设备和驱动的匹配设备与驱动都挂在某一个总线上当它们进行注册时由总线负责去完成匹配进而回调驱动的probe函数SoC系统中有spi, i2c, pci等实体总线用于外设的连接而针对集成在SoC中的外设控制器Linux内核提供一种虚拟总线platform用于这些外设控制器的连接此外platform总线也可用于没有实体总线的外设在/sys目录下bus用于存放各类总线其中总线中会存放挂载在该总线上的驱动和设备比如serial8250devices存放了系统中的设备信息class是针对不同的设备进行分类上边这些功能的实现离不开kobject/kset/ktype机制的支撑开始旅程吧。2. 数据结构2.1 kobjectkobject代表内核对象结构体本身不单独使用而是嵌套在其他高层结构中用于组织成拓扑关系sysfs文件系统中一个目录对应一个kobject看看结构体吧struct kobject {const char *name; /* 名字对应sysfs下的一个目录 */struct list_head entry; /* kobject中插入的 list_head结构用于构造双向链表 */struct kobject *parent; /* 指向当前kobject父对象的指针体现在sys中就是包含当前kobject对象的目录对象 */struct kset *kset; /* 当前kobject对象所属的集合 */struct kobj_type *ktype; /* 当前kobject对象的类型 */struct kernfs_node *sd; /* VFS文件系统的目录项是设备和文件之间的桥梁sysfs中的符号链接是通过kernfs_node内的联合体实现的 */struct kref kref; /* kobject的引用计数当计数为0时回调之前注册的release方法释放该对象 */
#ifdef CONFIG_DEBUG_KOBJECT_RELEASEstruct delayed_work release;
#endifunsigned int state_initialized:1; /* 初始化标志位初始化时被置位 */unsigned int state_in_sysfs:1; /* kobject在sysfs中的状态在目录中创建则为1否则为0 */unsigned int state_add_uevent_sent:1; /* 添加设备的uevent事件是否发送标志添加设备时向用户空间发送uevent事件请求新增设备 */unsigned int state_remove_uevent_sent:1; /* 删除设备的uevent事件是否发送标志删除设备时向用户空间发送uevent事件请求卸载设备 */unsigned int uevent_suppress:1; /* 是否忽略上报不上报uevent */
};
2.2 ksetkset是包含多个kobject的集合如果需要在sysfs的目录中包含多个子目录那需要将它定义成一个ksetkset结构体中包含struct kobject字段可以使用该字段链接到更上一层的结构用于构建更复杂的拓扑结构sysfs中的设备组织结构很大程度上根据kset组织的/sys/bus目录就是一个kset对象在Linux设备模型中注册设备或驱动时就将kobject添加到对应的kset中struct kset {struct list_head list; /* 包含在kset内的所有kobject构成一个双向链表 */spinlock_t list_lock;struct kobject kobj; /* 归属于该kset的所有的kobject的共有parent */const struct kset_uevent_ops *uevent_ops; /* kset的uevent操作函数集当kset中的kobject有状态变化时会回调这个函数集以便kset添加新的环境变量或过滤某些uevent如果一个kobject不属于任何kset时是不允许发送uevent的 */
} __randomize_layout;
2.3 ktypekobj_type用于表征kobject的类型指定了删除kobject时要调用的函数kobject结构体中有struct kref字段用于对kobject进行引用计数当计数值为0时就会调用kobj_type中的release函数对kobject进行释放这个就有点类似于C中的智能指针了kobj_type指定了通过sysfs显示或修改有关kobject的信息时要处理的操作实际是调用show/store函数struct kobj_type {void (*release)(struct kobject *kobj); /* 释放kobject对象的接口有点类似面向对象中的析构 */const struct sysfs_ops *sysfs_ops; /* 操作kobject的方法集 */struct attribute **default_attrs;const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};struct sysfs_ops { /* kobject操作函数集 */ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *, char *);ssize_t (*store)(struct kobject *, struct attribute *, const char *, size_t);
};/* 所谓的attribute就是内核空间和用户空间进行信息交互的一种方法例如某个driver定义了一个变量却希望用户空间程序可以修改该变量以控制driver的行为那么可以将该变量以sysfs attribute的形式开放出来 */
struct attribute {const char *name;umode_t mode;
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOCbool ignore_lockdep:1;struct lock_class_key *key;struct lock_class_key skey;
#endif
};
可以看一下kobject创建的时候与ktype的关系这样理解起来更顺kobject在创建的时候默认设置kobj_type的值为dynamic_kobj_ktype通常kobject会嵌入在其他结构中来使用因此它的初始化跟特定的结构相关典型的比如struct device和struct device_driver在/sys文件系统中通过echo/cat的操作最终会调用到show/store函数而这两个函数的具体实现可以放置到驱动程序中2.4 结构关系为了更形象的说明这几个结构体的关系再来一张图kset既是kobject的集合本身又是一个kobject进而可以添加到其他的集合中从而就可以构建成复杂的拓扑结构满足/sys文件夹下的文件组织需求如果只看kset/kobject的数据结构组织可能还是会迷惑它怎么跟Linux的设备模型相关这时就不得不提到Linux内核中一个很精妙的存在container_of它可以通过成员变量的地址来获取所在结构的地址信息。前文提到过kobject/kset结构本身不会单独使用通常都是会嵌套在其他结构中既然kobjcet/kset能组织成拓扑结构那么包含它们的结构同样可以构建这个关系因为可以通过container_of就可以找到结构体的首地址。结构体A、B、C、D、E同样可以构建拓扑结构关系struct device和struct device_driver结构体中都包含了struct kobject而struct bus_type结构体中包含了struct kset结构这个也就对应到前文提到的设备和驱动都添加到总线上由总线来负责匹配3. 流程分析kobject/kset的相关代码比较简单毕竟它只是作为一个结构体嵌入其他high-level的结构中充当纽带的作用。不过我还是简单的上一张图吧完成的工作基本就是分配结构体初始化各个结构体字段构建拓扑关系主要是添加到kset的list中parent的指向等等看懂了结构体的组织这部分的代码理解起来就很轻松了4. 示例先上一个原理图4.1 代码#include linux/kernel.h
#include linux/module.h
#include linux/slab.h
#include linux/kobject.h//自定义一个结构包含了struct kobject子结构
struct test_kobj {int value;struct kobject kobj;
};//自定义个属性结构体包含了struct attribute结构
struct test_kobj_attribute {struct attribute attr;ssize_t (*show)(struct test_kobj *obj, struct test_kobj_attribute *attr, char *buf);ssize_t (*store)(struct test_kobj *obj, struct test_kobj_attribute *attr, const char *buf, size_t count);
};//声明一个全局结构用于测试
struct test_kobj *obj;//用于初始化sysfs_ops中的函数指针
static ssize_t test_kobj_attr_show(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, char *buf)
{struct test_kobj_attribute *test_kobj_attr;ssize_t ret -EIO;test_kobj_attr container_of(attr, struct test_kobj_attribute, attr);//回调到具体的实现函数if (test_kobj_attr-show)ret test_kobj_attr-show(container_of(kobj, struct test_kobj, kobj), test_kobj_attr, buf);return ret;
}//用于初始化sysfs_ops中的函数指针
static ssize_t test_kobj_attr_store(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, const char *buf, size_t count)
{struct test_kobj_attribute *test_kobj_attr;ssize_t ret -EIO;test_kobj_attr container_of(attr, struct test_kobj_attribute, attr);//回调到具体的实现函数if (test_kobj_attr-store)ret test_kobj_attr-store(container_of(kobj, struct test_kobj, kobj), test_kobj_attr, buf, count);return ret;
}//用于初始化kobj_ktype
const struct sysfs_ops test_kobj_sysfs_ops {.show test_kobj_attr_show,.store test_kobj_attr_store,
};//用于初始化kobj_ktype最终用于释放kobject
void obj_release(struct kobject *kobj)
{struct test_kobj *obj container_of(kobj, struct test_kobj, kobj);printk(KERN_INFO test kobject release %s\n, kobject_name(obj-kobj));kfree(obj);
}//定义kobj_ktype用于指定kobject的类型初始化的时候使用
static struct kobj_type test_kobj_ktype {.release obj_release,.sysfs_ops test_kobj_sysfs_ops,
};//show函数的具体实现
ssize_t name_show(struct test_kobj *obj, struct test_kobj_attribute *attr, char *buffer)
{return sprintf(buffer, %s\n, kobject_name(obj-kobj));
}//show函数的具体实现
ssize_t value_show(struct test_kobj *obj, struct test_kobj_attribute *attr, char *buffer)
{return sprintf(buffer, %d\n, obj-value);
}//store函数的具体实现
ssize_t value_store(struct test_kobj *obj, struct test_kobj_attribute *attr, const char *buffer, size_t size)
{sscanf(buffer, %d, obj-value);return size;
}//定义属性最终注册进sysfs系统
struct test_kobj_attribute name_attribute __ATTR(name, 0664, name_show, NULL);
struct test_kobj_attribute value_attribute __ATTR(value, 0664, value_show, value_store);
struct attribute *test_kobj_attrs[] {name_attribute.attr,value_attribute.attr,NULL,
};//定义组
struct attribute_group test_kobj_group {.name test_kobj_group,.attrs test_kobj_attrs,
};//模块初始化函数
static int __init test_kobj_init(void)
{int retval;printk(KERN_INFO test_kobj_init\n);obj kmalloc(sizeof(struct test_kobj), GFP_KERNEL);if (!obj) {return -ENOMEM;}obj-value 1;memset(obj-kobj, 0, sizeof(struct kobject));//添加进sysfs系统kobject_init_and_add(obj-kobj, test_kobj_ktype, NULL, test_kobj);//在sys文件夹下创建文件retval sysfs_create_files(obj-kobj, (const struct attribute **)test_kobj_attrs);if (retval) {kobject_put(obj-kobj);return retval;}//在sys文件夹下创建groupretval sysfs_create_group(obj-kobj, test_kobj_group);if (retval) {kobject_put(obj-kobj);return retval;}return 0;
}//模块清理函数
static void __exit test_kobj_exit(void)
{printk(KERN_INFO test_kobj_exit\n);kobject_del(obj-kobj);kobject_put(obj-kobj);return;
}module_init(test_kobj_init);
module_exit(test_kobj_exit);MODULE_AUTHOR(LoyenWang);
MODULE_LICENSE(GPL);
4.2 Makefileifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m:test_kobject.o
else
KERDIR : /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD:$(shell pwd)
all:make -C $(KERDIR) M$(PWD) modules
clean:rm -f *.ko *.o *.symvers *.cmd *.cmd.o modules.* *.mod.c
endif
Makefile没有太多好说的注意Tab的使用否则容易出错4.3 测试结果在/sys目录下创建了test_kobj文件夹在该文件夹下除了name和value外还有一个test_kobj_group的子文件夹可以通过cat/echo的操作来操作name和value分别会调用到底层的xxx_show和xxx_store函数对着代码看这个图一目了然草草收场洗洗睡了。如果觉得对你有帮助那就点个在看吧。参考https://lwn.net/Articles/263200/推荐阅读 专辑|Linux文章汇总 专辑|程序人生 专辑|C语言嵌入式Linux微信扫描二维码关注我的公众号
