Linux设备驱动模型浅析1---sysfs及基本数据结构：kobject,kset,ktype

     

设备驱动模型提供了硬件的抽象包括：

1，电源管理

　　其实，电源管理就是一些设备不工作的时候，让它歇一会，休眠一会（最低消耗），达到省电的目的

　　它的一个重要的功能是：

　　　省电模式下，使系统中的设备以一定的先后顺序挂起。

　　　在全速工作模式下，使系统的设备以一定的先后顺序恢复运行。

　　  就是这个意思，一条总线上有n个设备，只用当n个设备都挂起的时候，那个总线才能挂起。但是，只要有一个设备恢复，总线就得恢复。

2，即插即用设备支持这个大家都深有体会，你把PS/2的鼠标，键盘拔出来，然后再插上去，看看是不是没反应了。但是把USB的鼠标键盘拔下来再插上去，可以继续用。

　　这就是传说中的即插即用的支持

3，与用户空间的通信

　　和用户间通信的方式很多，以前大名鼎鼎的proc文件系统，就是一个鲜明的代表。它给了用户一双千里眼。但是proc还是被后来者sysfs文件系统给拿下了，从此改朝换代。

       Sysfs文件系统是一个类似于proc文件系统的特殊文件系统，用于将系统中的设备组织成层次结构，并向用户模式程序提供详细的内核数据结构信息。其实，就是 在用户态可以通过对sys文件系统的访问，来看内核态的一些驱动或者设备等。sys文件系统实现了设备驱动模型，linux设备驱动模型支持的任务主要有：热插拔，与用户空间的交互，对象生命周期的管理，电源管理及系统关机等。

 localhost:/sys#ls
/sys/ block/ bus/ class/ devices/ firmware/ kernel/ module/ power/
Block目录：包含所有的块设备，进入到block目录下，会发现下面全是link文件，link到sys/device/目录下的一些设备。
Devices目录：包含系统所有的设备，并根据设备挂接的总线类型组织成层次结构
Bus目录：包含系统中所有的总线类型
Drivers目录：包括内核中所有已注册的设备驱动程序
Class目录：系统中的设备类型（如网卡设备，声卡设备等）。去class目录中看一下，随便进到一个文件夹下，会发现该文件夹下的文件其实是连接文件，link到/sys/device/.http://www.cnblogs.com/...下的一个设备文件。 可以说明，其实class目录并不会新建什么设备，只是将已经注册的设备，在class目录下重新归类，放在一起。

kobject, kset, ktype之间的关系：
         linux 设备驱动模型应用了面向对象的思想，其中，kobject是最基本的基类，其他数据结构都是其派生的产物，通过将kobject嵌入到各个数据结构中，实现了类似的继承关系。举例来说kobject就像是一个普通人，通过额外赋予他不同的职务和工具，使他成为了不同类型的人，比如餐厅的服务员，餐厅的领班等。kobject将各个派生类关联在了一起，形成了整个sys fs的体系。kset是kobject的一个容器，其包含着多个kobject,ktype则描述了kobject的类型bus_type,device,device_driver数据结构通过这三个基本的数据结构组织在了一起。

Kobject
       应该说每个Kobject结构都对应一个 目录。for example：/sys/bus/pci/drivers/serial/ 路径， serial这个目录就是由一个kobject 结构体 来表示的。由此可见，Kobject是用来表示 直接对应着一个 设备，或设备驱动  的目录。Kobject包含了 这个目录的一些信息，如：目录名，父目录，设备名称等等一些信息。当然，如果Kobject用来表示一个目录，那么他所包含的信息是差不多了，但是Kobject表示的目录是用来描述某一个设备/设备驱动 的。所以仅仅Kobject这个结构体还不能完全的描述这个设备/设备驱动，再所以，Kobject这个结构体不会单独使用，一般都会包含在另一个结构体中，用网络上的话说就是包含在一个容器中。这个容器可以是：device结构体，device_drive结构体。现在层次就很明显了，device/device_drive来表示一个设备/设备驱动，当然包含了这个设备/设备驱动的信息，并且还包含了这个驱动所对应的目录的信息，Kobject结构。
        当然device/device_drive在另外一层的东西了，后面再分析。我们在这里就先分析Kobject结构。
struct kobject {
    const char        *name;  //目录的name
    struct list_head    entry;           //Kobject插入到某个链表的指针。
    struct kobject        *parent;  //父目录，刚才所述kobject所表示的是设备/设备驱动目录，但为什么他的父目录也用kobject来表示呢？后面讲解。
    struct kset        *kset;    //kobject上上级目录可能是Kset，这个表示。 这个变量和parent有些相似的地方。 可以从kset_register函数中看出些端倪。
    struct kobj_type    *ktype; //指向kobj所对应的type,ktype中包含了该类型obj的默认属性
    struct sysfs_dirent    *sd;//用来组织该object对应目录下的属性文件
    struct kref        kref;   //被引用的次数
    unsigned int state_initialized:1;//是否初始化
    unsigned int state_in_sysfs:1;//是否在sys fs中
    unsigned int state_add_uevent_sent:1;//是否支持热插
    unsigned int state_remove_uevent_sent:1;//是否支持热拔
    unsigned int uevent_suppress:1;
};

kobj_type:
struct kobj_type
{
    void (*release)(struct kobject *);//释放kobject和其他占用资源的函数
    struct sysfs_ops * sysfs_ops;//操作属性的方法
    struct attribute ** default_attrs;//属性数组
 };

        Kobj type数据结构包含三个域：一个release方法用于释放kobject占用的资源；一个sysfs ops指针指向sysfs操作表和一个sysfs文件系统缺省属性列表。
        Sysfs操作表包括两个函数store()和show()。当用户态读取属性时，show()函数被调用，该函数编码指定属性值存入buffer中返回给用户态；而store()函数用于存储用户态传入的属性值。
attribute struct attribute
 {
    char * name;
    struct module * owner;
    mode_t mode;
};
        attribute属性。它以文件的形式输出到sysfs的目录当中。在kobject对应的目录下面。文件 名就是name。文件读写的方法对应于kobj type中的sysfs ops。

Kset
        像刚才所说，每个Kobject结构都对应一个 目录。for example：/sys/bus/pci/drivers/serial/ 路径， /serial/这个目录由一个kobject 结构体 来表示的。但是/serial/的上一级目录/drivers/如何表示呢？那么就出现了Kset这个结构体。

struct kset {
struct list_head list; //用来管理kset下面的各个子目录的kobject
spinlock_t list_lock;//自旋锁，保护上面的lost
struct kobject kobj;//神奇的kobject,kset也仅仅是一个特殊的kobject而已
const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;//kset产生用户事件的方法
};

 

        总结：

        1，在sys下，表示一个目录使用的结构体是 Kobject，但是在linux的内核中，有硬件的设备 和 软件的驱动，在sys下都需要用一个目录来表示。 单纯的一个Kobject结构无法表示完全，增加了容器，来封装Kobject。 即下面要将的：device和drive_device结构。

        2， 最底层驱动目录的上一层目录，从sys角度上来说，他依然是个目录，所以他也有Kobjec这个变量。但是从他的意义上讲，他将 一些有公共特性Kobjec  的 device/driver_device结构组织到了一起，所以除了有Kobject这个变量外，他又添加了一些变量，组成了Kset这个结构来表示这一级的目录。但是仅仅是用Kset来表示了这一级的目录，和1，一样，仅仅表示一个目录是不够的，在linux内核中，需要他在软件上有个映射。所以，也将Kset进行了封装，形成了  bus_type这个结构。

        3， 从1 ，2，的解释可以看出，应为kobject在Kset的目录下，那么 device/device_driver 就在 bus_type结构下。所以，linux驱动模型中，驱动和设备都是挂在总线下面的。

        4， 如上所述，Kset的意义：表示一个目录（由结构体下的Kobject来完成），并且这个目录下的所有目录有共同的特性（所以说，Kset表示的目录下，不一定非要是Kobject街头的，也可以是Kset结构的。即：Kset嵌套Kset）。所以使用Kset来代替了以前的 subsystem结构。