linux设备模型之kset/kobj/ktype分析

背 景

 --By 鲁迅

--By 高尔基

说明：

Kernel版本：4.14

ARM64处理器，Contex-A53，双核

使用工具：Source Insight 3.5， Visio

1. 概述

今天来聊一下Linux设备模型的基石：。

文件系统提供了一种用户与内核数据结构进行交互的方式，可以通过来进行挂载；

Linux设备模型中，设备、驱动、总线组织成拓扑结构，通过文件系统以目录结构进行展示与管理；

Linux设备模型中，总线负责设备和驱动的匹配，设备与驱动都挂在某一个总线上，当它们进行注册时由总线负责去完成匹配，进而回调驱动的函数；

SoC系统中有, , 等实体总线用于外设的连接，而针对集成在SoC中的外设控制器，Linux内核提供一种虚拟总线用于这些外设控制器的连接，此外总线也可用于没有实体总线的外设；

在目录下，用于存放各类总线，其中总线中会存放挂载在该总线上的驱动和设备，比如，存放了系统中的设备信息，是针对不同的设备进行分类；

上边这些功能的实现，离不开机制的支撑，开始旅程吧。

2. 数据结构

2.1 kobject

代表内核对象，结构体本身不单独使用，而是嵌套在其他高层结构中，用于组织成拓扑关系；

文件系统中一个目录对应一个；

看看结构体吧：

2.2 kset

是包含多个的集合；

如果需要在的目录中包含多个子目录，那需要将它定义成一个；

结构体中包含字段，可以使用该字段链接到更上一层的结构，用于构建更复杂的拓扑结构；

中的设备组织结构很大程度上根据组织的，目录就是一个对象，在Linux设备模型中，注册设备或驱动时就将添加到对应的中；

2.3 ktype

用于表征的类型，指定了删除时要调用的函数，结构体中有字段用于对进行引用计数，当计数值为0时，就会调用中的函数对进行释放，这个就有点类似于C++中的智能指针了；

指定了通过显示或修改有关的信息时要处理的操作，实际是调用函数；

可以看一下创建的时候，与的关系，这样理解起来更顺：

在创建的时候，默认设置的值为，通常会嵌入在其他结构中来使用，因此它的初始化跟特定的结构相关，典型的比如和；

在文件系统中，通过的操作，最终会调用到函数，而这两个函数的具体实现可以放置到驱动程序中；

2.4 结构关系

为了更形象的说明这几个结构体的关系，再来一张图：

既是的集合，本身又是一个，进而可以添加到其他的集合中，从而就可以构建成复杂的拓扑结构，满足文件夹下的文件组织需求；

如果只看的数据结构组织，可能还是会迷惑，它怎么跟Linux的设备模型相关？这时就不得不提到Linux内核中一个很精妙的存在，它可以通过成员变量的地址来获取所在结构的地址信息。前文提到过结构本身不会单独使用，通常都是会嵌套在其他结构中，既然能组织成拓扑结构，那么包含它们的结构同样可以构建这个关系，因为可以通过就可以找到结构体的首地址。

结构体A、B、C、D、E同样可以构建拓扑结构关系；

和结构体中都包含了，而结构体中包含了结构，这个也就对应到前文提到的设备和驱动都添加到总线上，由总线来负责匹配；

3. 流程分析

的相关代码比较简单，毕竟它只是作为一个结构体嵌入其他high-level的结构中，充当纽带的作用。不过，我还是简单的上一张图吧：

完成的工作基本就是分配结构体，初始化各个结构体字段，构建拓扑关系（主要是添加到kset的list中，parent的指向等）等，看懂了结构体的组织，这部分的代码理解起来就很轻松了；

4. 示例

先上一个原理图：

4.1 代码

4.2 Makefile

没有太多好说的，注意的使用，否则容易出错；

4.3 测试结果

在/sys目录下创建了test_kobj文件夹，在该文件夹下除了和外，还有一个的子文件夹；

可以通过的操作，来操作和，分别会调用到底层的和函数；

对着代码看这个图，一目了然；

草草收场，洗洗睡了。

如果觉得对你有帮助，那就点个在看吧。

参考