設(shè)備驅(qū)動模型直觀的認識

Linux早期時候，一個驅(qū)動對應(yīng)一個設(shè)備，也就對應(yīng)一個硬件地址，那當(dāng)有兩個一樣的設(shè)備的時候，就要寫兩個驅(qū)動，顯然是不合理的。應(yīng)該是從Linux2.5開始，就引入了device-bus-driver模型。 其中設(shè)備驅(qū)動模型主要結(jié)構(gòu)分為kset、kobject、ktype。

kset是同類型kobject對象的集合，可以說是一個容器。

kobject是總線、驅(qū)動、設(shè)備的三種對象的一個基類，實現(xiàn)公共接口。

ktype,記錄了kobject對象的一些屬性。

設(shè)備驅(qū)動模型的核心即是kobject，是為了管理日益增多的設(shè)備，使得設(shè)備在底層都具體統(tǒng)一的接口。他與sysfs文件系統(tǒng)緊密相連，每個注冊的kobject都對應(yīng)sysfs文件系統(tǒng)中的一個目錄。為了直觀管理，統(tǒng)一存放的路徑，使用了kset。但是僅僅有這些目錄沒有意義，這兩個結(jié)構(gòu)體只能表示出設(shè)備的層次關(guān)系，所以基本不單獨使用，會嵌入到更大的結(jié)構(gòu)體中，（如希望在驅(qū)動目錄下能看到掛在該總線上的各種驅(qū)動，而在設(shè)備目錄下能看到掛在該總線的各種設(shè)備，就將kobject嵌入到描述設(shè)備以及驅(qū)動的結(jié)構(gòu)體中，這樣每次注冊設(shè)備或驅(qū)動，都會在sys目錄下有描述）

放上一個經(jīng)典的圖：

這個圖其實還漏了一個ktype，kobject都應(yīng)該包含一個ktype。

Linux設(shè)備模型的目的是：為內(nèi)核建立起一個統(tǒng)一的設(shè)備模型，從而有一個對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一般性抽象描述。

我們可以先看下一個小的測試程序：

可以看到，我們在使用kobject、kset、ktype結(jié)構(gòu)，就在sysfs虛擬文件系統(tǒng)下創(chuàng)建（通過kset_create_and_add和kobject_init_and_add函數(shù)）了一些子目錄(kobject_test)和屬性文件。kset和kobject都可以創(chuàng)建出目錄，但是kset的目錄下存放kobject目錄，kobject下存放屬性文件（可以對屬性文件進行讀寫操作，如上圖name屬性文件，而且kobject目錄下也可以存放kobject目錄，只需parent指向它即可）。

這個小程序沒看懂？沒關(guān)系，先看下面的分析：（看到文章末尾再回頭看這個程序，你會有更直觀的理解）

我們對著Linux kernel源碼分析下，可以下看看三個結(jié)構(gòu)體的成員：

其實說到設(shè)備驅(qū)動模型，很容易想到platform，下面我們就來具體分析這個吧：

init/main.c里：

這是driver_init函數(shù)：

我們看下devices_init函數(shù)：

這里面調(diào)用kset_create_and_add創(chuàng)建kset并返回給devices_kset，注意這里的devices_kset，可以說是/sys下最大的boss之一了，所有的物理設(shè)備都會在device目錄下管理，/sys/device/目錄是內(nèi)核對系統(tǒng)中所有設(shè)備的分層次表達模型，保存了系統(tǒng)所有的設(shè)備。

然后調(diào)用kobject_create_and_add函數(shù)在/sys/目錄下創(chuàng)建dev目錄，/sys/dev目錄下維護一個按照字符設(shè)備和塊設(shè)備的主次號碼(major:minor)鏈接到真是設(shè)備(/sys/devices)的符號鏈接文件，應(yīng)用程序通過對這些文件的讀寫和控制，可以訪問實際的設(shè)備。

最后再以dev_kobj為父節(jié)點，在/sys/dev/目錄下創(chuàng)建block和char目錄。

這里我們先看kobject_create_and_add函數(shù)，再分析kset_create_and_add函數(shù):

其實里面函數(shù)也沒啥，先創(chuàng)建kobject，初始化它，再添加，沒啥好說的。

倒是除了kobject_create_and_add函數(shù)，還有一個類似的函數(shù)：kobject_init_and_add。

kobject_init_and_add傳入一個kobject指針和kobj_type指針，然后進行初始化

kobject_create_and_add創(chuàng)建一個kobject變量，并返回其指針，它不用傳入kobj_type指針

在kset_create_and_add函數(shù)里也會用到kobject，所以我們現(xiàn)在來分析下kset_create_and_add函數(shù)：

里面就是具體的創(chuàng)建和注冊kset了。

先說創(chuàng)建函數(shù)：

staticstructkset *kset_create(constchar*name,

conststructkset_uevent_ops *uevent_ops,

structkobject *parent_kobj)

{

structkset *kset;

intretval;

kset = kzalloc(sizeof(*kset), GFP_KERNEL);//分配kset空間

if(!kset)

returnNULL;//失敗就返回

retval = kobject_set_name(&kset->kobj, "%s", name);//設(shè)置kset的名字，也即內(nèi)嵌kobject的名字

if(retval) {

kfree(kset);

returnNULL;

}

kset->uevent_ops = uevent_ops;//kset屬性操作

kset->kobj.parent= parent_kobj;//設(shè)置其parent

kset->kobj.ktype= &kset_ktype;//ktype指定為kset_ktype

kset->kobj.kset= NULL;

returnkset;

}

可以看出kset_create函數(shù)內(nèi)容為：

1）調(diào)用kobject_set_name函數(shù)設(shè)置kobject的名稱2）設(shè)置kobject的uevent_ops、parent為傳入的形參uevent_ops、parent_kobj3）設(shè)置kobject的ktype為系統(tǒng)定義好的ktype變量4）設(shè)置kobject的所屬kset為NULL，意思是kobject所屬的kset就是kset本身，因為kset結(jié)構(gòu)體包含了一個kobject成員。

這里需要一個注意的，就是ktype 這個結(jié)構(gòu)，即kset_ktype：

這里填充了一個釋放函數(shù)，每個kobject必須有一個釋放函數(shù)，并且這個kobject必須保持直到這個釋放函數(shù)被調(diào)用到。如果這個條件不能被滿足，則這個代碼是有缺陷的。注意，假如你忘了提供釋放函數(shù)，內(nèi)核會提出警告的；不要嘗試提供一個空的釋放函數(shù)來消除這個警告，你會收到kobject維護者的無情嘲笑。

至于kobj_sysfs_ops，則是關(guān)于讀寫操作相關(guān)的操作集：

讀文件時，會調(diào)用到.show的回調(diào)函數(shù)。寫文件時，會調(diào)用到.store的回調(diào)函數(shù)。

看完了創(chuàng)建函數(shù)，接下來是注冊函數(shù)：

kset_init函數(shù)主要是對kset初始化，會將初始化引用計數(shù)器（即kobj->kref）為1（當(dāng)計數(shù)器引用計數(shù)沒到0之前不可以被釋放）。接著初始化entry鏈表結(jié)點，用于與所屬的kset的list成員組成鏈表（INIT_LIST_HEAD(&kobj->entry)），以及一些參數(shù)的賦值。最后，還初始化以list成員為頭結(jié)點的鏈表，它和子kobject的entry成員組成鏈表（INIT_LIST_HEAD(&k->list)）。

kobject_add_internal函數(shù)就是關(guān)鍵的kobject函數(shù)了：

static intkobject_add_internal(struct kobject *kobj)

{

interror= 0;

struct kobject *parent;

if(!kobj)

return-ENOENT;

if(!kobj->name || !kobj->name[0]) {//如果kobject的名字為空.退出

WARN(1, "kobject: (%p): attempted to be registered with empty "

"name!\n", kobj);

return-EINVAL;

}

parent= kobject_get(kobj->parent);//如果kobj-parent為真，則增加kobj->kref計數(shù)，即父節(jié)點的引用計數(shù)

/* 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);//如果parent父節(jié)點為NULL那么就用kobj->kset->kobj作其父節(jié)點，并增加其引用計數(shù)

kobj_kset_join(kobj);//把kobj的entry成員添加到kobj->kset>list的尾部，現(xiàn)在的層次就是kobj->kset->list指向kobj->entry

kobj->parent= parent;

}

/*刪除了部分調(diào)試內(nèi)容*/

error= create_dir(kobj);//利用kobj創(chuàng)建目錄和屬性文件，其中會判斷，如果parent為NULL那么就在sysfs_root_kn下創(chuàng)建

if(error) {

/*刪除了部分內(nèi)容*/

} else

kobj->state_in_sysfs = 1;//如果創(chuàng)建成功。將state_in_sysfs建為1。表示該object已經(jīng)在sysfs中了

returnerror;

}

kobject_add_internal函數(shù)內(nèi)容在注釋里都寫好了，可以概括為：

1）如果kobject的parent成員為NULL，則把它指向kset的kobject成員。2）如果kobject的kset成員不為NULL，它會調(diào)用kobj_kset_join函數(shù)把kobject的entry成員添加到kset的list鏈表中3）最后調(diào)用create_dir函數(shù)創(chuàng)建sys目錄

注冊函數(shù)里最后一個調(diào)用就是kobject_uevent函數(shù)了，應(yīng)該是關(guān)于熱拔插機制的，這不是我們現(xiàn)在關(guān)心的內(nèi)容。

好了，經(jīng)過上面的折騰，就會在/sys/目錄下建立一個devices目錄。

接下來繼續(xù)回到文章開頭進入到的devices_init函數(shù)：

我們之前分析的是devices_init函數(shù)，其實接下來幾個函數(shù)都是一樣的，在/sys/目錄下創(chuàng)建各個目錄。

只需要記住devices_kset對應(yīng)/sys/devices目錄bus_kset對應(yīng)/sys/bus目錄devices_kset對應(yīng)/sys/devices目錄system_kset對應(yīng)/sys/devices/system目錄class_kset對應(yīng)/sys/class目錄firmware_kobj對應(yīng)/sys/firmware目錄hypervisor_kobj對應(yīng)/sys/hypervisor目錄

接下來看下platform_bus_init函數(shù)

也就是我們之前用的platform總線了！！

在driver/base/platform.c文件：

這里，device_register就是在/sys/device/目錄下創(chuàng)建platform

其實也就包含兩個函數(shù)，一個初始化，一個添加：

voiddevice_initialize(struct device *dev)

{

dev->kobj.kset =devices_kset;//設(shè)置設(shè)備的kobject所屬集合，devices_kset即對應(yīng)/sys/devices/

kobject_init(&dev->kobj, &device_ktype);//初始化設(shè)備的kobject

INIT_LIST_HEAD(&dev->dma_pools);//初始化設(shè)備的DMA池，用于傳遞大數(shù)據(jù)

mutex_init(&dev->mutex);

lockdep_set_novalidate_class(&dev->mutex);

spin_lock_init(&dev->devres_lock);//初始化自旋鎖，用于同步子設(shè)備鏈表

INIT_LIST_HEAD(&dev->devres_head);//初始化子設(shè)備鏈表頭

device_pm_init(dev);

set_dev_node(dev, -1);#ifdefCONFIG_GENERIC_MSI_IRQ

INIT_LIST_HEAD(&dev->msi_list);#endif

}

注釋都寫好了，看下device_add函數(shù)：

int device_add(struct device *dev)

{

struct device *parent=NULL;

struct kobject *kobj;

struct class_interface *class_intf;

int error =-EINVAL;

struct kobject *glue_dir =NULL;

dev =get_device(dev);//增加設(shè)備的kobject的引用計數(shù)

if(!dev)

goto done;

if(!dev->p) {

error =device_private_init(dev);//初始化dev的私有成員，及其鏈表操作函數(shù)

if(error)

goto done;

}

if(dev->init_name) {//保存設(shè)備名，以后需要獲取時使用dev_name函數(shù)獲取

dev_set_name(dev, "%s", dev->init_name);

dev->init_name =NULL;

}

/* subsystems can specify simple device enumeration */

if(!dev_name(dev) &&dev->bus &&dev->bus->dev_name)

dev_set_name(dev, "%s%u", dev->bus->dev_name, dev->id);

if(!dev_name(dev)) {

error =-EINVAL;

goto name_error;

}

pr_debug("device: '%s': %s\n", dev_name(dev), __func__);

parent=get_device(dev->parent);//返回父節(jié)點，增加父節(jié)點引用計數(shù)，如果沒有返回NULL

kobj =get_device_parent(dev, parent);//以上層devices為準(zhǔn)重設(shè)dev->kobj.parent

if(kobj)

dev->kobj.parent=kobj;

/* use parent numa_node */

if(parent&&(dev_to_node(dev) ==NUMA_NO_NODE))

set_dev_node(dev, dev_to_node(parent));

/* first, register with generic layer. */

/* we require the name to be set before, and pass NULL */

error =kobject_add(&dev->kobj, dev->kobj.parent, NULL);//設(shè)置dev->kobj的名字和父對象,并建立相應(yīng)目錄

if(error) {

glue_dir =get_glue_dir(dev);

goto Error;

}

/* notify platform of device entry */

if(platform_notify)

platform_notify(dev);

error =device_create_file(dev, &dev_attr_uevent);//建立uevent屬性文件

if(error)

goto attrError;

error =device_add_class_symlinks(dev);

if(error)

goto SymlinkError;

error =device_add_attrs(dev);

if(error)

goto AttrsError;

error =bus_add_device(dev);

if(error)

goto BusError;

error =dpm_sysfs_add(dev);

if(error)

goto DPMError;

device_pm_add(dev);

if(MAJOR(dev->devt)) {

error =device_create_file(dev, &dev_attr_dev);//在sys下產(chǎn)生dev屬性文件

if(error)

goto DevAttrError;

error =device_create_sys_dev_entry(dev);//在/sys/dev目錄建立對設(shè)備的軟鏈接

if(error)

goto SysEntryError;

devtmpfs_create_node(dev);

}

/* Notify clients of device addition. This call must come

* after dpm_sysfs_add() and before kobject_uevent().

*/

if(dev->bus)

blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->p->bus_notifier,

BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE, dev);

kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);//向用戶空間發(fā)出KOBJ_ADD 事件

bus_probe_device(dev);//檢測驅(qū)動中有無適合的設(shè)備進行匹配,現(xiàn)在只添加了設(shè)備,還沒有加載驅(qū)動,所以不會進行匹配

if(parent)

klist_add_tail(&dev->p->knode_parent,

&parent->p->klist_children);//把該設(shè)備的節(jié)點掛到其父節(jié)點的鏈表

if(dev->class) {

mutex_lock(&dev->class->p->mutex);

/* tie the class to the device */

klist_add_tail(&dev->knode_class,

&dev->class->p->klist_devices);

/* notify any interfaces that the device is here */

list_for_each_entry(class_intf,

&dev->class->p->interfaces, node)

if(class_intf->add_dev)

class_intf->add_dev(dev, class_intf);

mutex_unlock(&dev->class->p->mutex);

}

/*省略部分error內(nèi)容*/

}

device_add函數(shù)是比較重要的，注釋基本都寫好了，可以概括為：

1）增加kobj->kref計數(shù)2）初始化dev的私有成員3）設(shè)置設(shè)備名稱4）增加父節(jié)點引用計數(shù)5）將dev->kobj添加到dev->kobj.parent對應(yīng)目錄下6）dev->kobj下創(chuàng)建屬性文件7）在/sys/dev目錄建立對設(shè)備的軟鏈接8）驅(qū)動檢測

其中，驅(qū)動檢測函數(shù)：bus_probe_device可以自行百度一下。

最后，我們接著看 bus_register(&platform_bus_type);

今天篇幅有點長了，函數(shù)就寫點重要的即可：

再次強調(diào)：

priv->subsys.kobj.kset = bus_kset;priv->subsys.kobj.ktype = &bus_ktype;

這里設(shè)置了所屬的kset和ktype。ktype結(jié)構(gòu)體里包含了sysfs_ops結(jié)構(gòu)體，里面就是對文件的讀寫操作：

最后，bus_register函數(shù)里還調(diào)用了kset_create_and_add函數(shù)在/sys/platform/目錄下創(chuàng)建devices和drivers目錄，里面存放我們platform平臺下注冊的設(shè)備和驅(qū)動。

好了，到此，我們就來再次小小歸納下 :

在kset下還可能會有更深的kset

kset包含一個或多個kobject，方便管理

kobject并不一定需要kset

kobject下有屬性文件，·向用戶層提供了表示和操作這個 kobject 的屬性特征的接口

kobject 下還有一些符號鏈接文件，指向其它的 kobject

現(xiàn)在，是不是對設(shè)備驅(qū)動模型有了更為直觀的認識？現(xiàn)在回頭看看文章開頭的小程序，是不是輕而易舉的理解了呢？