• 隨著計算機的周邊外設(shè)越來越豐富，設(shè)備管理已經(jīng)成為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一項重要任務(wù)，這對于Linux來說也是同樣的情況。每次Linux內(nèi)核新版本的發(fā)布，都會伴隨著一批設(shè)備驅(qū)動進入內(nèi)核。在Linux內(nèi)核里，驅(qū)動程序的代碼量占有了相當大的比重。下圖是我在網(wǎng)絡(luò)上搜索到的一幅Linux內(nèi)核代碼量的統(tǒng)計圖，對應(yīng)的內(nèi)核版本是2.6.29。

• 我們可以很明顯的看到，在Linux內(nèi)核中驅(qū)動程序的比例已經(jīng)非常高了。

• Linux 2.6內(nèi)核最初為了應(yīng)付電源管理的需要，提出了一個設(shè)備模型來管理所有的設(shè)備。在物理上，外設(shè)之間是有一種層次關(guān)系的，比如把一個U盤插到筆記本上，實際上這個U盤是接在一個USB Hub上，USB Hub又是接在USB 2.0 Host Controller (EHCI)上，最終EHCI又是一個掛在PCI Bus上的設(shè)備。這里的一個層次關(guān)系是：PCI->EHCI->USB Hub->USB Disk。如果操作系統(tǒng)要進入休眠狀態(tài)，首先要逐層通知所有的外設(shè)進入休眠模式，然后整個系統(tǒng)才可以休眠。因此，需要有一個樹狀的結(jié)構(gòu)可以把所有的外設(shè)組織起來。這就是最初建立Linux設(shè)備模型的目的。

• 當然，Linux設(shè)備模型給我們帶來的便利遠不止如此。既然已經(jīng)建立了一個組織所有設(shè)備和驅(qū)動的樹狀結(jié)構(gòu)，用戶就可以通過這棵樹去遍歷所有的設(shè)備，建立設(shè)備和驅(qū)動程序之間的聯(lián)系，根據(jù)類型不同也可以對設(shè)備進行歸類，這樣就可以更清晰的去“看”這顆枝繁葉茂的大樹。另外，Linux驅(qū)動模型把很多設(shè)備共有的一些操作抽象出來，大大減少了重復(fù)造輪子的可能。同時Linux設(shè)備模型提供了一些輔助的機制，比如引用計數(shù)，讓開發(fā)者可以安全高效的開發(fā)驅(qū)動程序。達成了以上這些好處之后，我們還得到了一個非常方便的副產(chǎn)品，這就是sysfs----一個虛擬的文件系統(tǒng)。sysfs給用戶提供了一個從用戶空間去訪問內(nèi)核設(shè)備的方法，它在Linux里的路徑是/sys。這個目錄并不是存儲在硬盤上的真實的文件系統(tǒng)，只有在系統(tǒng)啟動之后才會建起來。

• 下面這個命令可以用來顯示sysfs的大致結(jié)構(gòu)：

tree /sys

• 這個命令的信息量非常大，我就不貼出來了，如果有興趣的話可以看看這里，或者自己動手實驗一下。

• 我們來看看第一層目錄結(jié)構(gòu)：

/sys?

|-- block?

|-- bus?

|-- class?

|-- dev?

|-- devices?

|-- firmware?

|-- fs?

|-- kernel?

|-- module?

`-- power

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• 這里有10個子目錄，但并不是說這10個目錄代表了10種完全不同的設(shè)備類型，實際上這些目錄只是給我們提供了如何去看整個設(shè)備模型的不同的視角。其實從不同的目錄出發(fā)都有可能找到同一個設(shè)備的。那真正的設(shè)備信息到底放在哪里呢？看看目錄的名稱就應(yīng)該能猜到，對，就是devices子目錄，Linux的所有設(shè)備都可以在這個目錄里找到。這里是一個大雜燴，雖然五臟俱全但我們卻無從下手。這里還是以U盤為例，插上U盤之后，在devices目錄里如何找到這支U盤呢？真得很難辦到。但是如果知道這個U盤在系統(tǒng)里的設(shè)備文件名（暫且假設(shè)為sdb），那就可以從block目錄著手。

• 透過block目錄，我們很容易就可以找到這個U盤設(shè)備，符號鏈接device正是指向devices目錄下的位置。

• 到這里，我們總結(jié)一下/sys目錄下各個子目錄的作用。block目錄是從塊設(shè)備的角度來組織設(shè)備；bus目錄是從系統(tǒng)總線這個角度來組織設(shè)備，比如PCI總線或者USB總線；class目錄把看問題的視角提高到了類別的高度，比如PCI設(shè)備或者USB設(shè)備等；dev目錄的視角是設(shè)備節(jié)點；devices目錄在前面提到了，這里是所有設(shè)備的大本營；firmware目錄包含了一些比較低階的子系統(tǒng)，比如ACPI、EFI等；fs目錄里看到的是系統(tǒng)支持的所有文件系統(tǒng)；kernel目錄下包含的是一些內(nèi)核的配置選項；modules目錄下包含的是所有內(nèi)核模塊的信息，內(nèi)核模塊實際上和設(shè)備之間是有對應(yīng)關(guān)系的，通過這個目錄順藤摸瓜找到devices或者反過來都是可以做到的；power目錄存放的是系統(tǒng)電源管理的數(shù)據(jù)，用戶可以通過它來查詢目前的電源狀態(tài)，甚至可以直接“命令”系統(tǒng)進入休眠等省電模式。

• sysfs正是用戶和內(nèi)核設(shè)備模型之間的一座橋梁，通過這個橋梁我們可以從內(nèi)核中讀取信息，也可以向內(nèi)核里寫入信息。

• 在Linux里也可以找到一些圖形化的工具來查詢設(shè)備信息。比如GNOME下基于HAL的Device Manager：

• 或者KDE下基于Solid的KInfoCenter：

• 這些圖形化的工具提供了更加直觀的方式來訪問設(shè)備，但是它們的提供的信息還不夠全面，而且沒有向內(nèi)核設(shè)備寫數(shù)據(jù)的功能。

• 如果具體到某一類型的設(shè)備，Linux下還有一些專用的工具可以使用。比如面向PCI設(shè)備的pciutils，面向USB設(shè)備的usbutils，以及面向SCSI設(shè)備的lsscsi等。對于Linux開發(fā)者來說，有時使用這些專用的工具更加方便。

• 我們?nèi)绻獙懗绦騺碓L問sysfs，可以像讀寫普通文件一樣來操作/sys目錄下的文件，或者，也可以使用libsysfs。不過需要注意的是，Linux內(nèi)核社區(qū)并不推薦用libsysfs，因為這個API的更新不夠快，趕不上內(nèi)核的變化。libsysfs已經(jīng)逐漸背離最初創(chuàng)建它的目標，這個lib帶來的問題似乎比它解決的還要多。當然，如果只是要訪問設(shè)備，一般很少會直接操作sysfs，它太細節(jié)太底層了，大部分情況下可以使用更加方便的DeviceKit或者libudev。