說(shuō)明：

1. Kernel版本：4.14

2. ARM64處理器，Contex-A53，雙核

3. 使用工具：Source Insight 3.5， Visio

1. 概述

今天來(lái)聊一下Linux設(shè)備模型的基石：kset/kobject/ktype。

• sysfs文件系統(tǒng)提供了一種用戶與內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行交互的方式，可以通過(guò)mount -t sysfs sysfs /sys來(lái)進(jìn)行掛載；

• Linux設(shè)備模型中，設(shè)備、驅(qū)動(dòng)、總線組織成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)sysfs文件系統(tǒng)以目錄結(jié)構(gòu)進(jìn)行展示與管理；

• Linux設(shè)備模型中，總線負(fù)責(zé)設(shè)備和驅(qū)動(dòng)的匹配，設(shè)備與驅(qū)動(dòng)都掛在某一個(gè)總線上，當(dāng)它們進(jìn)行注冊(cè)時(shí)由總線負(fù)責(zé)去完成匹配，進(jìn)而回調(diào)驅(qū)動(dòng)的probe函數(shù)；

• SoC系統(tǒng)中有spi,?i2c,?pci等實(shí)體總線用于外設(shè)的連接，而針對(duì)集成在SoC中的外設(shè)控制器，Linux內(nèi)核提供一種虛擬總線platform用于這些外設(shè)控制器的連接，此外platform總線也可用于沒(méi)有實(shí)體總線的外設(shè)；

• 在/sys目錄下，bus用于存放各類總線，其中總線中會(huì)存放掛載在該總線上的驅(qū)動(dòng)和設(shè)備，比如serial8250，devices存放了系統(tǒng)中的設(shè)備信息，class是針對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行分類；

上邊這些功能的實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)kobject/kset/ktype機(jī)制的支撐，開(kāi)始旅程吧。

2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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2.1 kobject

• kobject代表內(nèi)核對(duì)象，結(jié)構(gòu)體本身不單獨(dú)使用，而是嵌套在其他高層結(jié)構(gòu)中，用于組織成拓?fù)潢P(guān)系；

• sysfs文件系統(tǒng)中一個(gè)目錄對(duì)應(yīng)一個(gè)kobject；

看看結(jié)構(gòu)體吧：

2.2 kset

• kset是包含多個(gè)kobject的集合；

• 如果需要在sysfs的目錄中包含多個(gè)子目錄，那需要將它定義成一個(gè)kset；

• kset結(jié)構(gòu)體中包含struct kobject字段，可以使用該字段鏈接到更上一層的結(jié)構(gòu)，用于構(gòu)建更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

• sysfs中的設(shè)備組織結(jié)構(gòu)很大程度上根據(jù)kset組織的，/sys/bus目錄就是一個(gè)kset對(duì)象，在Linux設(shè)備模型中，注冊(cè)設(shè)備或驅(qū)動(dòng)時(shí)就將kobject添加到對(duì)應(yīng)的kset中；

2.3 ktype

• kobj_type用于表征kobject的類型，指定了刪除kobject時(shí)要調(diào)用的函數(shù)，kobject結(jié)構(gòu)體中有struct kref字段用于對(duì)kobject進(jìn)行引用計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值為0時(shí)，就會(huì)調(diào)用kobj_type中的release函數(shù)對(duì)kobject進(jìn)行釋放，這個(gè)就有點(diǎn)類似于C++中的智能指針了；

• kobj_type指定了通過(guò)sysfs顯示或修改有關(guān)kobject的信息時(shí)要處理的操作，實(shí)際是調(diào)用show/store函數(shù)；

可以看一下kobject創(chuàng)建的時(shí)候，與ktype的關(guān)系，這樣理解起來(lái)更順：

• kobject在創(chuàng)建的時(shí)候，默認(rèn)設(shè)置kobj_type的值為dynamic_kobj_ktype，通常kobject會(huì)嵌入在其他結(jié)構(gòu)中來(lái)使用，因此它的初始化跟特定的結(jié)構(gòu)相關(guān)，典型的比如struct device和struct device_driver；

• 在/sys文件系統(tǒng)中，通過(guò)echo/cat的操作，最終會(huì)調(diào)用到show/store函數(shù)，而這兩個(gè)函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)可以放置到驅(qū)動(dòng)程序中；

2.4 結(jié)構(gòu)關(guān)系

為了更形象的說(shuō)明這幾個(gè)結(jié)構(gòu)體的關(guān)系，再來(lái)一張圖：

• kset既是kobject的集合，本身又是一個(gè)kobject，進(jìn)而可以添加到其他的集合中，從而就可以構(gòu)建成復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，滿足/sys文件夾下的文件組織需求；

如果只看kset/kobject的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織，可能還是會(huì)迷惑，它怎么跟Linux的設(shè)備模型相關(guān)？這時(shí)就不得不提到Linux內(nèi)核中一個(gè)很精妙的存在container_of，它可以通過(guò)成員變量的地址來(lái)獲取所在結(jié)構(gòu)的地址信息。前文提到過(guò)kobject/kset結(jié)構(gòu)本身不會(huì)單獨(dú)使用，通常都是會(huì)嵌套在其他結(jié)構(gòu)中，既然kobjcet/kset能組織成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那么包含它們的結(jié)構(gòu)同樣可以構(gòu)建這個(gè)關(guān)系，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)container_of就可以找到結(jié)構(gòu)體的首地址。

• 結(jié)構(gòu)體A、B、C、D、E同樣可以構(gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系；

• struct device和struct device_driver結(jié)構(gòu)體中都包含了struct kobject，而struct bus_type結(jié)構(gòu)體中包含了struct kset結(jié)構(gòu)，這個(gè)也就對(duì)應(yīng)到前文提到的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)都添加到總線上，由總線來(lái)負(fù)責(zé)匹配；

3. 流程分析

kobject/kset的相關(guān)代碼比較簡(jiǎn)單，畢竟它只是作為一個(gè)結(jié)構(gòu)體嵌入其他high-level的結(jié)構(gòu)中，充當(dāng)紐帶的作用。不過(guò)，我還是簡(jiǎn)單的上一張圖吧：

• 完成的工作基本就是分配結(jié)構(gòu)體，初始化各個(gè)結(jié)構(gòu)體字段，構(gòu)建拓?fù)潢P(guān)系（主要是添加到kset的list中，parent的指向等）等，看懂了結(jié)構(gòu)體的組織，這部分的代碼理解起來(lái)就很輕松了；

4. 示例

先上一個(gè)原理圖：

4.1 代碼

4.2 Makefile

• Makefile沒(méi)有太多好說(shuō)的，注意Tab的使用，否則容易出錯(cuò)；

4.3 測(cè)試結(jié)果

• 在/sys目錄下創(chuàng)建了test_kobj文件夾，在該文件夾下除了name和value外，還有一個(gè)test_kobj_group的子文件夾；

• 可以通過(guò)cat/echo的操作，來(lái)操作name和value，分別會(huì)調(diào)用到底層的xxx_show和xxx_store函數(shù)；

• 對(duì)著代碼看這個(gè)圖，一目了然；

原文作者：LoyenWang