Linux设备模型分析之基本数据结构

      Linux随着硬件设备的发展及内核版本的演进,设备模型也变得越来月复杂,早先看了《Linux设备驱动程序》觉得一头雾水,又看了许多资料和高手的帖子,总算有了一定认识,下面写出来和Linux内核爱好者分享一下。

     

一、底层数据结构:kobject kset

1kobject内核对象:Linux2.6设备模型的最底层核心结构,该数据结构使所有设备在底层都具有统一的接口,每一个在内核中注册的kobject对象都对应于sysfs文件系统中的一个目录。Kobject在内核中对应有一套申请,初始化,添加,注册,计数操作,释放等函数。

2、  kset内核对象集合:具有相同类型的kobject的集合。

3、  subsystem内核对象子系统:一系列kset的集合,描述了某一类子系统,如block_subsys表示所有的块设备,对应于susfs文件系统中的block目录。device_subsys对应于sysfs中的devices目录,描述系统中的所有的设备,说直白了其实也是ksetkset的类型由内嵌的ktype结构描述。

由此可以看出,kobject类似于面向对象程序设计中的基类,经过层层继承封装来实现上层的设备驱动模型。

struct kobject { const char * k_name; 名 char name[KOBJ_NAME_LEN]; struct kref kref; 计数 struct list_head entry; 用于连接到同类kobjects的链表 struct kobject * parent; 用于实现层次,指向其父对象。 struct kset * kset; 用于实现层次,所属的集合 struct kobj_type * ktype; 指向对象的类型。 struct dentry * dentry; 指示在sysfs 中的目录项 wait_queue_head_t poll; };  

struct kset { struct subsystem * subsys; 在最新内核中已经没有subsys概念了。统一用ksets struct kobj_type * ktype; 类型。 struct list_head list; 同一kset的链表 spinlock_t list_lock; struct kobject kobj; 自身的kobjects struct kset_uevent_ops * uevent_ops; };  

 

二、设备模型层次关系:bus_typedevicedevice_driver

驱动核心可以注册多种类型的bus;每种bus可以挂载许多device(通过kset devices);每种bus下可以有很多device_driver(通过kset drivers);每个device_driver可以处理一组devices

bus是处理器与一个或多个设备之间的通道。在设备模型中,所有的设备都通过总线相连。每个总线都有自己的子系统,一个总线中包含了两个kset,一个是总线的驱动程序,一个是插入总线的所有设备。

device描述设备相关的信息,设备之间的层次关系,以及设备与总线、驱动之间的关系。通常device结构体不单独使用,而是包含在更大的结构体中。

device_driver结构体描述系统中的每个驱动程序,通常也不直接使用,而是包含在更大的结构体中。

 

三、面向对象思想在Linux设备模型中的体现:

内核中常见到封装了数据和方法的结构体,这种结构体套结构体的结构体可以看成是面向对象封装特性的实现。而Linux设备模型展现的更多的是继承方面的实现。以《Linux设备驱动程序》中的pci_driver为例,它的父类是device_driver,而更上一层是一个kobject。在C++中,继承一个父类则子类中相应的包含父类的一个实例。内核中也是通过包含一个父类的实体来实现这种派生关系。因此,一个pci_driver内部必然包含一个device_driver,同样,device_driver内部必然包含一个kobject。注册一个模型的过程类似于面向对象中构造函数的调用。子类需要调用父类构造函数来完成自身的构造。而注册一个pci_driver的过程如下:
pci_register_driver(struct pci_driver *driver)
     -->driver_register(&drv->driver);
        -->kobject_register(&drv->kobj);

这正符合这面向对象的思路。所以鄙人在想,如果C++在在某些底层操作方面进行优化和该进,那么用c++改写的Linux会是会不会更高效,鄙人拙见。。。

struct bus_type { const char * name; struct subsystem subsys;//代表自身 struct kset drivers; //当前总线的设备驱动集合 struct kset devices; //所有设备集合 struct klist klist_devices; struct klist klist_drivers; struct bus_attribute * bus_attrs;//总线属性 struct device_attribute * dev_attrs;//设备属性 struct driver_attribute * drv_attrs; int (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv);//设备驱动匹配函数 int (*uevent)(struct device *dev, char **envp, int num_envp, char *buffer, int buffer_size);//热拔插事件 int (*probe)(struct device * dev); int (*remove)(struct device * dev); void (*shutdown)(struct device * dev); int (*suspend)(struct device * dev, pm_message_t state); int (*resume)(struct device * dev); };

 

struct device { struct device * parent; //父设备,一般一个bus也对应一个设备。 struct kobject kobj;//代表自身 char bus_id[BUS_ID_SIZE]; struct bus_type * bus; /* 所属的总线 */ struct device_driver *driver; /* 匹配的驱动*/ void *driver_data; /* data private to the driver 指向驱动 */ void *platform_data; /* Platform specific data,由驱动定义并使用*/ ///更多字段忽略了 };

struct device_driver { const char * name; struct bus_type * bus;//所属总线 struct completion unloaded; struct kobject kobj;//代表自身 struct klist klist_devices;//设备列表 struct klist_node knode_bus; struct module * owner; int (*probe) (struct device * dev); int (*remove) (struct device * dev); void (*shutdown) (struct device * dev); int (*suspend) (struct device * dev, pm_message_t state); int (*resume) (struct device * dev); };

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