Linux設備管理（一）：kobject, kset, ktype分析

/************************************************************************************

本文爲我的學習記錄，若有錯誤，歡迎指正。

本文參考資料： 

*　　　　　　　　https://blog.csdn.net/yyplc/article/details/7465569

*　　　　　　　　http://www.javashuo.com/article/p-cqnvxgtk-bw.html

*　　　　　　　　http://www.javashuo.com/article/p-mvsagsdc-m.html

*　　　　　　　　http://www.javashuo.com/article/p-sqivihik-bm.html

************************************************************************************/

1. kobject

kobject是Linux 2.6後引入的新的設備管理機制，在內核中由struct kobject表示。經過這個數據結構使全部設備在底層都具備統一的接口，kobject提供基本的對象管理，是構成Linux2.6設備模型的核心結構。它與sysfs文件系統緊密關聯，每一個在內核中註冊的kobject對象都對應於sysfs文件系統中的一個目錄。

kobject是組成設備模型的基本結構。相似於C++中的基類，它嵌入於更大的對象的對象中--所謂的容器--用來描述設備模型的組件。如bus,devices, drivers 都是典型的容器。這些容器就是通kobject鏈接起來了，造成了一個樹狀結構，這個樹狀結構就與/sys相對應。

kobject 結構爲一些大的數據結構和子系統提供了基本的對象管理，避免了相似機能的重複實現。這些機能包括
（1） 對象引用計數；
（2）維護對象鏈表(集合)；
（3）對象上鎖；
（4）在用戶空間的表示。

struct kobject 
{
    const char          *name;               //表示kobject對象的名字，對應sysfs下的一個目錄
    struct list_head    entry;               //是kobject中插入的head_list結構
    struct kobject      *parent;             //指向當前kobject父對象的指針，體如今sys結構中就是包含當前kobject對象的目錄對象
    struct kset         *kset;               //表示當前kobject對象所屬的集合
    struct kobj_type    *ktype;              //表示當前kobject的類型，包含了kobject相關的操做函數和屬性
    struct sysfs_dirent *sd;　　　　　　　　　　//用於表示VFS文件系統的目錄項，是設備與文件之間的橋樑，sysfs中的符號連接就是經過kernfs_node內的聯合體實現的
    struct kref        kref;                 //對kobject的引用計數，當引用計數爲0時，就回調以前註冊的release方法釋放該對象
    unsigned int state_initialized:1;        //初始化標誌位，在對象初始化時被置位，表示對象是否已經被初始化
    unsigned int state_in_sysfs:1;           //表示kobject對象在sysfs中的狀態，在對應目錄中被建立則置1，不然爲0
    unsigned int state_add_uevent_sent:1;    //添加設備的uevent事件是否發送標誌，添加設備時會向用戶空間發送uevent事件，請求新增設備
    unsigned int state_remove_uevent_sent:1; //刪除設備的uevent事件是否發送標誌，刪除設備時會向用戶空間發送uevent事件，請求卸載設備
    unsigned int uevent_suppress:1;
};

Linux內核中提供如下操做kobject的函數。

//kobject初始化函數
void kobject_init(struct kobject * kobj)；

//設置指定kobject的名稱
int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, ...)；

//將kobj對象的引用計數加1，同時返回該對象的指針
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)；

//將kobj對象的引用計數減1，若是引用計數降爲0，則調用kobject release()釋放該kobject對象
void kobject_put(struct kobject * kobj)； 

//將kobj對象加入Linux設備層次。掛接該kobject對象到kset的list鏈中，增長父目錄各級kobject的引用計數，在其 parent指向的目錄下建立文件節點，並啓動該類型內核對象的hotplug函數
int kobject_add(struct kobject * kobj)；

//kobject註冊函數。經過調用kobject init()初始化kobj，再調用kobject_add()完成該內核對象的註冊
int kobject_register(struct kobject * kobj)；

//從Linux設備層次(hierarchy)中刪除kobj對象
void kobject_del(struct kobject * kobj)；

//kobject註銷函數。與kobject register()相反，它首先調用kobject del從設備層次中刪除該對象，再調用kobject put()減小該對象的引用計數，若是引用計數降爲0，則釋放kobject對象
void kobject_unregister(struct kobject * kobj)；

2. ktype

ktype表示當前kobject的類型，其中包含了kobject相關的操做函數和屬性。

struct kobj_type 
{
    void (*release)(struct kobject *kobj); //release方法用於釋放kobject佔用的資源
    const struct sysfs_ops *sysfs_ops;     //指向sysfs操做表
    struct attribute **default_attrs;      //sysfs文件系統缺省列表屬性
    const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
    const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};

sysfs操做表包括兩個函數store()和show()。當用戶態讀取屬性 時，show()函數被調用，該函數編碼指定屬性值存入buffer中返回給用戶態；而store()函數用於存儲用戶態傳入的屬性值。詳見Linux設備管理：sysfs文件系統的功能及其應用

struct sysfs_ops 
{
    ssize_t    (*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);
    ssize_t    (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t);
};

attribute, 屬性。它以文件的形式輸出到sysfs的目錄當中,在kobject對應的目錄下面。文件名爲name。文件讀寫的方法對應於kobj type中的sysfs ops。

struct attribute 
{
    const char        *name;
    struct module     *owner;
    mode_t             mode;
};

3. kset

kset最重要的是創建上層(sub-system)和下層的(kobject)的關聯性。

kset表示一組kobject的集合，kobject經過kset組織成層次化的結構，全部屬於該kset的kobjetc結構的parent指針指向kset包含的kobject對象，構成一個父子層次關係。這些kobject能夠是不一樣或相同的類型(kobj_type)。sysfs中的設備組織結構很大程度上都是根據kset進行組織的，好比"/sys/drivers"目錄就是一個kset對象，包含系統中的驅動程序對應的目錄，驅動程序的目錄又由kobject表示。好比在平臺設備模型中，當咱們註冊一個設備或驅動到平臺總線，實際上是將對應的kobject掛接到platform總線的kset上，每種總線都是維護兩條鏈表(兩個kset)，一條用於連接掛接在上面的驅動(驅動kset)，一條用於連接掛接在上面的設備(設備kset)。

struct kset 
{
    struct list_head list;
    spinlock_t list_lock;
    struct kobject kobj;
    const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
};

5. kobject、ktype、kset之間的聯繫

kobject、ktype、kset之間的聯繫以下圖所示。。