• 上一篇文章《全知乎獨(dú)一無二的Linux設(shè)備模型（一）（超詳細(xì)）》主要介紹了Linux設(shè)備模型在用戶空間的接口sysfs，用戶通過這個(gè)接口可以一覽內(nèi)核設(shè)備的全貌。本文將從Linux內(nèi)核的角度來看一看這個(gè)設(shè)備模型是如何構(gòu)建的。

• 在Linux內(nèi)核里，kobject是組成Linux設(shè)備模型的基礎(chǔ)，一個(gè)kobject對(duì)應(yīng)sysfs里的一個(gè)目錄。從面向?qū)ο蟮慕嵌葋碚f，kobject可以看作是所有設(shè)備對(duì)象的基類，因?yàn)镃語(yǔ)言并沒有面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)法，所以一般是把kobject內(nèi)嵌到其他結(jié)構(gòu)體里來實(shí)現(xiàn)類似的作用，這里的其他結(jié)構(gòu)體可以看作是kobject的派生類。Kobject為L(zhǎng)inux設(shè)備模型提供了很多有用的功能，比如引用計(jì)數(shù)，接口抽象，父子關(guān)系等等。

• 另外，Linux設(shè)備模型還有一個(gè)重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)kset。Kset本身也是一個(gè)kobject，所以它在sysfs里同樣表現(xiàn)為一個(gè)目錄，但它和kobject的不同之處在于kset可以看作是一個(gè)容器，如果你把它類比為C++里的容器類如list也無不可。Kset之所以能作為容器來使用，其內(nèi)部正是內(nèi)嵌了一個(gè)雙向鏈表結(jié)構(gòu)struct list_head。

• 在接下來的篇幅里我們會(huì)逐步看到這個(gè)關(guān)系圖在內(nèi)核里是如何建立的。本文的示例代碼可以從這里下載，下文中的兩個(gè)實(shí)作都在這個(gè)示例代碼里。

• Kobject

• Kobject在Linux內(nèi)核里的定義如下：

在《全知乎獨(dú)一無二的Linux設(shè)備模型（一）（超詳細(xì)）》里面我們介紹到內(nèi)核里的設(shè)備之間是以樹狀形式組織的，在這種組織架構(gòu)里比較靠上層的節(jié)點(diǎn)可以看作是下層節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，反映到sysfs里就是上級(jí)目錄和下級(jí)目錄之間的關(guān)系，在內(nèi)核里，正是kobject幫助我們實(shí)現(xiàn)這種父子關(guān)系。在kobject的定義里，name表示的是kobject在sysfs中的名字；指針parent用來指向kobject的父對(duì)象；Kref大家應(yīng)該比較熟悉了，kobject通過它來實(shí)現(xiàn)引用計(jì)數(shù)；Kset指針用來指向這個(gè)kobject所屬的kset，下文會(huì)再詳細(xì)描述kset的用法；對(duì)于ktype，如果只是望文生義的話，應(yīng)該是用來描述kobject的類型信息。Ktype的定義如下：

• 函數(shù)指針release是給kref使用的，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0這個(gè)指針指向的函數(shù)會(huì)被調(diào)用來釋放內(nèi)存。sysfs_ops和attribute是做什么用的呢？前文里提到，一個(gè)kobject對(duì)應(yīng)sysfs里的一個(gè)目錄，而目錄下的文件就是由sysfs_ops和attribute來實(shí)現(xiàn)的，其中，attribute定義了kobject的屬性，在sysfs里對(duì)應(yīng)一個(gè)文件，sysfs_ops用來定義讀寫這個(gè)文件的方法。Ktype里的attribute是默認(rèn)的屬性，另外也可以使用更加靈活的手段，本文的重點(diǎn)還是放在default attribute。

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• 下面看一個(gè)實(shí)作。在這個(gè)實(shí)作里，我們定義一個(gè)內(nèi)嵌kobject的結(jié)構(gòu)。

• 最終我們的目的是在內(nèi)核里構(gòu)建這樣的架構(gòu)。

• 對(duì)應(yīng)sysfs里的目錄關(guān)系是：

mykobj1/?

|-- mykobj2?

| |-- name?

| `-- val?

|-- name `-- val

• 這是module_init代碼。

• 這段代碼可以分作三個(gè)部分。第一部分是分配obj1和obj2并賦值；第二部分是初始化kobj_type變量my_type；第三部分是調(diào)用kobject_init_and_add函數(shù)來初始化kobject并把它加入到設(shè)備模型的體系架構(gòu)（也就是上文中提到的內(nèi)核中的那棵樹）中。kobject_init_and_add是簡(jiǎn)化的寫法，這個(gè)函數(shù)也可以分兩步完成：kobject_init和kobject_add。
  

• kobject_init用來初始化kobject結(jié)構(gòu)，kobject_add用來把kobj加入到設(shè)備模型之中。在實(shí)作中，我們先對(duì)obj1進(jìn)行初始化和添加的動(dòng)作，調(diào)用參數(shù)里，parent被賦為NULL，表示obj1沒有父對(duì)象，反映到sysfs里，my_kobj1的目錄會(huì)出現(xiàn)在/sys下，obj2的父對(duì)象設(shè)定為obj1，那么my_kobj2的目錄會(huì)出現(xiàn)在/sys/my_kobj1下面。

  
  

• 前面提到，kobject也提供了引用計(jì)數(shù)的功能，雖然本質(zhì)上是利用kref，但也提供了另外的接口供用戶使用。

• kobject_init_and_add和kobject_init這兩個(gè)函數(shù)被調(diào)用后，kobj的引用計(jì)數(shù)會(huì)初始化為1，所以在module_exit時(shí)要記得用kobject_put來釋放引用計(jì)數(shù)。

  
  

• 我們?cè)倩氐綄?shí)作中，看看如何使用ktype。代碼里，my_attrs是這樣定義的：

• 結(jié)構(gòu)體struct attribute里的name變量用來指定文件名，mode變量用來指定文件的訪問權(quán)限。這里需要著重指出的是，數(shù)組my_attrs的最后一項(xiàng)一定要賦為NULL，否則會(huì)造成內(nèi)核oops。

  
  

• sysfs_ops的代碼如下：

• 讀文件會(huì)調(diào)用my_show，寫文件會(huì)調(diào)用my_store。

  
  

• 最后是module_exit：

• kobject_del的作用是把kobject從設(shè)備模型的那棵樹里摘掉，同時(shí)sysfs里相應(yīng)的目錄也會(huì)刪除。這里需要指出的是，釋放的順序應(yīng)該是先子對(duì)象，后父對(duì)象。因?yàn)閗object_init_and_add和kobject_add這兩個(gè)函數(shù)會(huì)調(diào)用kobject_get來增加父對(duì)象的引用計(jì)數(shù)，所以kobject_del需要調(diào)用kobject_put來減少父對(duì)象的引用計(jì)數(shù)。在本例中，如果先通過kobject_put來釋放obj1，那kobject_del(&obj2->kobj)就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存錯(cuò)誤。

  
  

• 在這個(gè)實(shí)作中，我們建立了兩個(gè)對(duì)象obj1和obj2，obj1是obj2的父對(duì)象，如果推廣開來，obj1可以有更多的子對(duì)象。在Linux內(nèi)核中，這種架構(gòu)方式其實(shí)并無太大的實(shí)際價(jià)值，有限的用處之一是在sysfs里創(chuàng)建子目錄（Linux內(nèi)核里有這種用法，這種情況下，直接調(diào)用內(nèi)核提供的kobject_create來實(shí)現(xiàn)，不需要自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并內(nèi)嵌kobject），而且，創(chuàng)建子目錄也是有其他的辦法的。我們知道，Linux設(shè)備模型最初的目的是為了方便電源管理，這就需要從上到下的遍歷，在這種架構(gòu)里，通過obj1并無法訪問其所有的子對(duì)象。這個(gè)實(shí)作最大的意義在于可以讓我們比較清晰的理解kobject如何使用。通常情況下，kobject只需要在葉節(jié)點(diǎn)里使用，上層的節(jié)點(diǎn)要使用kset。

• Kset

• Kset的定義如下：

• Kset結(jié)構(gòu)里的kobj表明它也是一個(gè)kobject，list變量用來組織它所有的子對(duì)象。

  
  

• 我們直接看一個(gè)實(shí)作。在這個(gè)實(shí)作里，我們將構(gòu)建如下的架構(gòu)。

• 對(duì)應(yīng)sysfs里的目錄關(guān)系是：

• my_kset/

• |-- mykobj1

• | ? |-- name

• | ? `-- val `-- mykobj2 ? ?

• |-- name ? ?`-- val

• 這個(gè)實(shí)作和前一個(gè)差別很小，下面只簡(jiǎn)略的引用一些代碼。

• 在module_init里，我們首先調(diào)用kset_create_and_add創(chuàng)建my_kset，接下來把my_kset賦給obj1和obj2，最后調(diào)用kobject_init_and_add來添加obj1和obj2。這里需要注意的是，kobject_init_and_add參數(shù)里的parent都是NULL，在這種情況下，obj1和obj2的父對(duì)象由kobject結(jié)構(gòu)里的kset指針決定，在這個(gè)實(shí)作里就是my_kset。在module_exit里，我們還需要額外調(diào)用kset_unregister來釋放之前創(chuàng)建的my_kset。

  
  

• 注：看過LDD3的讀者應(yīng)該對(duì)Linux Device Model一章中的subsystem還有印象，我在這里注明一下，從2.6.23開始Linux內(nèi)核就拋棄了subsystem，subsystem其實(shí)只是kset的一個(gè)馬甲，所以拋棄它對(duì)Linux設(shè)備模型并沒什么影響。