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Kobject 與 sysfs 文件系統框架的分析

1、設備模型

2.6內核增加了一個引人注目的新特性------統一設備模型

設備模型提供了一個獨立的機制專門來表示設備，并描述在系統中的拓撲結構

(1)代碼重復最小化

(2)可以列出系統中所有的設備，觀察到他們的狀態，并且查看他們連接的總線

(3) 可以將設備和其對應的驅動聯系起來

(4) 可以按照設備類型進行分類

2、kobject

設備模型的核心部分就是kobject

struct kobject {

const char *name; /*指向kobject的名字*/

struct list_head entry;

struct kobject *parent/*指向父kobject 實現層次結構*/

struct kset *kset;

struct kobj_type *ktype;

struct sysfs_dirent *sd;/*指向sysfs_dirent結構體 這個結構體就表示kobject對象的層次結構*/

struct kref kref;/*提供引用計數 其核心成員是一原子型變量,用來表示內核對象的引用計數 內核通過該成員追蹤內核對象生命周期*/

unsigned int state_initialized:1;

unsigned int state_in_sysfs:1;/*是否已經加入sysfs*/

unsigned int state_add_uevent_sent:1;

unsigned int state_remove_uevent_sent:1;

};

3、ktype

kobject對象被關聯到一種特殊的類型 即ktype(kernel object type的縮寫) ktype由kobj_type結構體來表示,定義于頭文件

struct kobj_type {

void (*release)(struct kobject *kobj);

struct sysfs_ops *sysfs_ops;

struct attribute **default_attrs;

};

1)ktype的存在是為了描述一族kobject所具有的普遍特性,實現同類的kobject都能共享相同的特性

2)release指針指向在kobject引用計數減至零時調用析構函數，該函數負責釋放所有kobject使用的內存和其他相關的清理工作

3)defaults_attrars 結構體數組定義了所有具有相同類型的kobject對象的屬性

4)sysfs文件系統根據對應的kobject屬性來創建文件

4、kset

1)kset是kobject對象的集合體,將相關的kobject集合到一起

2)具有相同ktype的kobject可以被分組到不同的kset

5、管理和操作kobject

kobject一般都被嵌入到設備結構體中

(1)kobject的初始化一個kobject對象

void kobject_init(struct kobject *kobj,struct kobj_type *ktype)

(2)定義并初始化

struct kobject *kobject_create(void)

6、引用計數

1)kobject通過引用計數控制對象的有效生命周期

(1)初始化后kobject的引用計數置為1

(2)當引用計數為0時，則表示設備已經卸載，不能在操作對應的設備

2)操作引用計數的接口

(1)增加一個引用計數

struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)

(2)減少一個引用計數

void kobject_put(struct kobject *kobj)

3)描述引用計數的結構kref

kobject計數是通過kref實現

struct kref{

atomic_t refcount

}

(1)初始化

void kref_init(struct kref *kref)

(2)增加一個計數

void kref_get(struct kref *kref)

(3)減一個計數

void kref_put(struct kref *kref)

代碼：

(1)創建一個kobject對象并初始化

(2) 定制自己的kobject對象創建與釋放函數

7、sysfs

sysfs文件系統是一個處于內存中的虛擬文件系統,用文件系統的方式提供kobject對象層次結構的視圖

bus:提供一個系統總線視圖

dev：提供已經注冊設備節點的視圖

device：系統中設備結構體視圖

class:給用戶的視圖 通過對device實際設備目錄的符號鏈接

kernel:包含內核配置項和狀態信息

fs:已經注冊文件系統的視圖

class與devices 一個是高層概念 給用戶的視圖 一個底層物理設備 給內核的視圖

8、sysfs添加和刪除kobject

將kobject對象映射到sysfs文件系統中,產生對應的文件

int kobject_add(struct kobject *kobj, struct kobject *parent,

const char *fmt, ...)

從sysfs文件系統中刪除一個kobject對應文件目錄，需要使用函數kobject_decl()

void kobject_del(struct kobject *kobj)

int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *fmt, ...)//設置kobject對象在sysfs中的名字

int sysfs_create_dir(struct kobject * kobj)//在sysfs文件系統中創建目錄

void sysfs_remove_dir(struct kobject * kobj)//在sysfs文件系統中刪除目錄

struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)//可以用來獲取kobj-parent

代碼3：將對應的kobject映射到對應sysfs文件系統中,增加my_kobject_add()函數my_kobject_del()函數

代碼4：將當前的kobject對象增加parent節點 增加my_kobject_create_and_add()函數

9、向sysfs添加文件

1)默認的文件集合通過kobject和kset中的ktype字段提供

2)具有相同屬性的kobject導入到sysfs文件系統中的文件也具有相同的屬性

3)默認文件屬性由kobj_type結構來描述

struct kobj_type {

void (*release)(struct kobject *kobj);

struct sysfs_ops *sysfs_ops;

struct attribute **default_attrs;

};

4)kobj_type結構中包含默認文件集合中所有文件的屬性，

default_attrs 默認文件屬性結構體數組

struct attribute {

const char *name; 屬性名稱,在sysfs文件系統中顯示的名字

struct module *owner;所屬模塊 如果存在

mode_t mode;權限

};

sysfs 文件系統根據默認文件屬性建立對應的文件

5)增加新的文件

(1)根據新文件屬性在sysfs文件系統創建文件

int sysfs_create_file(struct kobject * kobj, const struct attribute * attr)

{

BUG_ON(!kobj || !kobj->sd || !attr);

return sysfs_add_file(kobj->sd, attr, SYSFS_KOBJ_ATTR);

}

6)對sysfs文件系統中的文件進行讀寫

struct sysfs_ops {

在讀sysfs文件時該方法會調用

ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);

在寫sysfs文件時該方法被調用

ssize_t (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t);

};

struct kset *kset_create_and_add(const char *name,struct kset_uevent_ops *uevent_ops,struct kobject *parent_kobj)//創建一個kset集合

10、創建新屬性

sysfs_create_link()：增加新的鏈接

sysfs_remove_file():刪除新的文件

sysfs_remove_link() 刪除鏈接文件

代碼5：在sysfs文件系統中增加文件

代碼6：在sysfs文件系統中增加多個文件，并設置新文件的屬性

代碼7: 在sysfs文件系統中針對每個文件設置相應的的操作方法show()與store()

代碼8：底層實現led驅動并關聯到kobject對象中

11、uevent

1)kset是屬于一組kobject的集合

struct kset { struct list_head list;

spinlock_t list_lock;

struct kobject kobj;

const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;

};

kset_uevent_ops : 當kset中的kobject對象發生狀態變化需要通知用戶空間

struct kset_uevent_ops {

int (* const filter)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);

const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);

int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj,

struct kobj_uevent_env *env);

};

2)kset相關的API

void kset_init(struct kset *k)

初始化kset對象

int kset_register(struct kset *k)

初始化并向系統注冊一個kset對象

static void kobject_init_internal(struct kobject *kobj)

注冊kset對象

notes:

.kset對象本身也是一個kobject內核對象,在sysfs文件系統中生成一個新的目錄

.注冊kset對象，內核編譯啟用了CONFIG_HOTPLUG,則需要就這一事件通知用戶空間(內核配置文件中可以查詢)

.事件通知由kobject_uevent完成

.不屬于kset的kobject對象不能完成事件通知

.kobject之間通過parent成員實現層次關系，當kobject的parent為NULL時，就會把kobj->kset->kobj作為kobj的parent

struct kset *kset_create_and_add(const char *name, const struct kset_uevent_ops *uevent_ops,

struct kobject *parent_kobj)

創建一個kset對象并添加到sysfs文件系統中

3)hotplug(熱插拔)

當一個設備動態加入系統時,設備驅動程序可以檢查到設備，并通過通知的方式告知用戶空間

通知用戶空間的方式一般有兩種:udev 與 /sbin/hotplug,現在使用更多的是udev

udev 的實現基于內核中的網絡機制，通過標準的socket接口來監聽來自內核的網絡廣播包,并對接收的包進行分析處理

4)hotplug相關的API

int kobject_uevent(struct kobject *kobj, enum kobject_action action)

發送一個 event給用戶空間，以網絡數據包的形式發送給用戶空間應用程序

@action : 發送event類型

enum kobject_action {

KOBJ_ADD,

KOBJ_REMOVE,

KOBJ_CHANGE,

KOBJ_MOVE,

KOBJ_ONLINE,

KOBJ_OFFLINE,

KOBJ_MAX

};

kobject_uevent_env()

sprintf(scratch, "%s@%s", action_string, devpath); @273L

傳遞給用戶空間event數據的內容

"事件類型@設備路徑"

example:

"add@/kset-test/kobject-test/"

uevent一般與應用程序結合起來使用,一般可以接收并處理uevent的應用程序有udev or mdev

udev工具通過netlink獲取內核發出的uevent消息,并且處理，加載相應的驅動或者在/dev/目錄下生成對應的設備結點

udev服務啟動后，會掃描/sys目錄下所有具有uevent屬性文件,在進行相應的處理

uevent的觸發被封裝到設備模型的操作中,當添加設備的時則會發送一個uevent(user event)事件,

udev 工具會通過netlink獲取uevent消息 ，然后進行加載驅動或者在/dev/目錄下生成對應的設備結點

int device_add()

{

......

kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);

......

}

5)netlink機制

(1)netlink機制的特點

.netlink是一種特殊的socket

.netlink可以實現內核與應用程序進行雙向傳輸通訊,并且使用socket()API進行交互

.netlink是一種異步通訊方式,在內核與用戶態進行傳遞的消息保存在socket緩沖區數據隊列中,發送消息只是把消息保存在接收者的socket的接收隊列中,而不需要等待接收者收到消息

(2)使用socket()創建netlink套接字

int socket(int domain, int type, int protocol);

@domain:協議族 AF_NETLINK or PF_NETLINK

@type :socket類型 SOCK_DGRAM or SOCK_RAW

@protocol : 協議類型 NETLINK_KOBJECT_UEVENT

(3)netlink地址結構

struct sockaddr_nl {

__kernel_sa_family_t nl_family; /* AF_NETLINK */

unsigned short nl_pad; /* zero */

__u32 nl_pid; /* port ID */

__u32 nl_groups; /* multicast groups mask */

};

@nl_family : AF_NETLINK 協議族

@nl_pad : 填0

@nl_pid : 進程pid ,可以通過getpid()獲取

(3)使用setsockopt()設置套接字選項

setsockopt(sd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &buffersize, sizeof(buffersize));

@SO_RCVBUFFORCE:設置或者獲取緩沖區的大小

(4)使用bind()綁定地址結構

retval= bind(sd, (void*)&snl, sizeof(struct sockaddr_nl))

(5)讀取netlink接收緩沖區的內容

read(sd, buf, sizeof(buf));