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Kobject 與 sysfs 文件系統(tǒng)框架的分析
時(shí)間：2018-05-14 來源：未知
1、設(shè)備模型
2.6內(nèi)核增加了一個(gè)引人注目的新特性------統(tǒng)一設(shè)備模型
設(shè)備模型提供了一個(gè)獨(dú)立的機(jī)制專門來表示設(shè)備，并描述在系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
(1)代碼重復(fù)最小化
(2)可以列出系統(tǒng)中所有的設(shè)備，觀察到他們的狀態(tài)，并且查看他們連接的總線
(3) 可以將設(shè)備和其對應(yīng)的驅(qū)動聯(lián)系起來
(4) 可以按照設(shè)備類型進(jìn)行分類
2、kobject
設(shè)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(shí)現(xiàn)層次結(jié)構(gòu)*/
struct kset *kset;
struct kobj_type *ktype;
struct sysfs_dirent *sd;/*指向sysfs_dirent結(jié)構(gòu)體 這個(gè)結(jié)構(gòu)體就表示kobject對象的層次結(jié)構(gòu)*/
struct kref kref;/*提供引用計(jì)數(shù) 其核心成員是一原子型變量,用來表示內(nèi)核對象的引用計(jì)數(shù) 內(nèi)核通過該成員追蹤內(nèi)核對象生命周期*/
unsigned int state_initialized:1;
unsigned int state_in_sysfs:1;/*是否已經(jīng)加入sysfs*/
unsigned int state_add_uevent_sent:1;
unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
};
3、ktype
kobject對象被關(guān)聯(lián)到一種特殊的類型 即ktype(kernel object type的縮寫) ktype由kobj_type結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)同類的kobject都能共享相同的特性
2)release指針指向在kobject引用計(jì)數(shù)減至零時(shí)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，該函數(shù)負(fù)責(zé)釋放所有kobject使用的內(nèi)存和其他相關(guān)的清理工作
3)defaults_attrars 結(jié)構(gòu)體數(shù)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(tǒng)根據(jù)對應(yīng)的kobject屬性來創(chuàng)建文件
4、kset
1)kset是kobject對象的集合體,將相關(guān)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(shè)備結(jié)構(gòu)體中
(1)kobject的初始化一個(gè)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(jì)數(shù)
1)kobject通過引用計(jì)數(shù)控制對象的有效生命周期
(1)初始化后kobject的引用計(jì)數(shù)置為1
(2)當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，則表示設(shè)備已經(jīng)卸載，不能在操作對應(yīng)的設(shè)備
2)操作引用計(jì)數(shù)的接口
(1)增加一個(gè)引用計(jì)數(shù)
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)
(2)減少一個(gè)引用計(jì)數(shù)
void kobject_put(struct kobject *kobj)
3)描述引用計(jì)數(shù)的結(jié)構(gòu)kref
kobject計(jì)數(shù)是通過kref實(shí)現(xiàn)
struct kref{
atomic_t refcount
}
(1)初始化
void kref_init(struct kref *kref)
(2)增加一個(gè)計(jì)數(shù)
void kref_get(struct kref *kref)
(3)減一個(gè)計(jì)數(shù)
void kref_put(struct kref *kref)
代碼：
(1)創(chuàng)建一個(gè)kobject對象并初始化
(2) 定制自己的kobject對象創(chuàng)建與釋放函數(shù)
7、sysfs
sysfs文件系統(tǒng)是一個(gè)處于內(nèi)存中的虛擬文件系統(tǒng),用文件系統(tǒng)的方式提供kobject對象層次結(jié)構(gòu)的視圖
bus:提供一個(gè)系統(tǒng)總線視圖
dev：提供已經(jīng)注冊設(shè)備節(jié)點(diǎn)的視圖
device：系統(tǒng)中設(shè)備結(jié)構(gòu)體視圖
class:給用戶的視圖 通過對device實(shí)際設(shè)備目錄的符號鏈接
kernel:包含內(nèi)核配置項(xiàng)和狀態(tài)信息
fs:已經(jīng)注冊文件系統(tǒng)的視圖
class與devices 一個(gè)是高層概念 給用戶的視圖 一個(gè)底層物理設(shè)備 給內(nèi)核的視圖
8、sysfs添加和刪除kobject
將kobject對象映射到sysfs文件系統(tǒng)中,產(chǎn)生對應(yīng)的文件
int kobject_add(struct kobject *kobj, struct kobject *parent,
const char *fmt, ...)
從sysfs文件系統(tǒng)中刪除一個(gè)kobject對應(yīng)文件目錄，需要使用函數(shù)kobject_decl()
void kobject_del(struct kobject *kobj)
int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *fmt, ...)//設(shè)置kobject對象在sysfs中的名字
int sysfs_create_dir(struct kobject * kobj)//在sysfs文件系統(tǒng)中創(chuàng)建目錄
void sysfs_remove_dir(struct kobject * kobj)//在sysfs文件系統(tǒng)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(yīng)的kobject映射到對應(yīng)sysfs文件系統(tǒng)中,增加my_kobject_add()函數(shù)my_kobject_del()函數(shù)
代碼4：將當(dāng)前的kobject對象增加parent節(jié)點(diǎn) 增加my_kobject_create_and_add()函數(shù)
9、向sysfs添加文件
1)默認(rèn)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(dǎo)入到sysfs文件系統(tǒng)中的文件也具有相同的屬性
3)默認(rèn)文件屬性由kobj_type結(jié)構(gòu)來描述
struct kobj_type {
void (*release)(struct kobject *kobj);
struct sysfs_ops *sysfs_ops;
struct attribute **default_attrs;
};
4)kobj_type結(jié)構(gòu)中包含默認(rèn)文件集合中所有文件的屬性，
default_attrs 默認(rèn)文件屬性結(jié)構(gòu)體數(shù)組
struct attribute {
const char *name; 屬性名稱,在sysfs文件系統(tǒng)中顯示的名字
struct module *owner;所屬模塊 如果存在
mode_t mode;權(quán)限
};
sysfs 文件系統(tǒng)根據(jù)默認(rèn)文件屬性建立對應(yīng)的文件
5)增加新的文件
(1)根據(jù)新文件屬性在sysfs文件系統(tǒng)創(chuàng)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(tǒng)中的文件進(jìn)行讀寫
struct sysfs_ops {
在讀sysfs文件時(shí)該方法會調(diào)用
ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);
在寫sysfs文件時(shí)該方法被調(diào)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(chuàng)建一個(gè)kset集合
10、創(chuàng)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(tǒng)中增加文件
代碼6：在sysfs文件系統(tǒng)中增加多個(gè)文件，并設(shè)置新文件的屬性
代碼7: 在sysfs文件系統(tǒng)中針對每個(gè)文件設(shè)置相應(yīng)的的操作方法show()與store()
代碼8：底層實(shí)現(xiàn)led驅(qū)動并關(guān)聯(lián)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(dāng)kset中的kobject對象發(fā)生狀態(tài)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(guān)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(tǒng)注冊一個(gè)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(gè)kobject內(nèi)核對象,在sysfs文件系統(tǒng)中生成一個(gè)新的目錄
.注冊kset對象，內(nèi)核編譯啟用了CONFIG_HOTPLUG,則需要就這一事件通知用戶空間(內(nèi)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(shí)現(xiàn)層次關(guān)系，當(dāng)kobject的parent為NULL時(shí)，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(chuàng)建一個(gè)kset對象并添加到sysfs文件系統(tǒng)中
3)hotplug(熱插拔)
當(dāng)一個(gè)設(shè)備動態(tài)加入系統(tǒng)時(shí),設(shè)備驅(qū)動程序可以檢查到設(shè)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(xiàn)在使用更多的是udev
udev 的實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)核中的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，通過標(biāo)準(zhǔn)的socket接口來監(jiān)聽來自內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)廣播包,并對接收的包進(jìn)行分析處理
4)hotplug相關(guān)的API
int kobject_uevent(struct kobject *kobj, enum kobject_action action)
發(fā)送一個(gè) event給用戶空間，以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送給用戶空間應(yīng)用程序
@action : 發(fā)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(shù)據(jù)的內(nèi)容
"事件類型@設(shè)備路徑"
example:
"add@/kset-test/kobject-test/"
uevent一般與應(yīng)用程序結(jié)合起來使用,一般可以接收并處理uevent的應(yīng)用程序有udev or mdev
udev工具通過netlink獲取內(nèi)核發(fā)出的uevent消息,并且處理，加載相應(yīng)的驅(qū)動或者在/dev/目錄下生成對應(yīng)的設(shè)備結(jié)點(diǎn)
udev服務(wù)啟動后，會掃描/sys目錄下所有具有uevent屬性文件,在進(jìn)行相應(yīng)的處理
uevent的觸發(fā)被封裝到設(shè)備模型的操作中,當(dāng)添加設(shè)備的時(shí)則會發(fā)送一個(gè)uevent(user event)事件,
udev 工具會通過netlink獲取uevent消息 ，然后進(jìn)行加載驅(qū)動或者在/dev/目錄下生成對應(yīng)的設(shè)備結(jié)點(diǎn)
int device_add()
{
......
kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);
......
}
5)netlink機(jī)制
(1)netlink機(jī)制的特點(diǎn)
.netlink是一種特殊的socket
.netlink可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)核與應(yīng)用程序進(jìn)行雙向傳輸通訊,并且使用socket()API進(jìn)行交互
.netlink是一種異步通訊方式,在內(nèi)核與用戶態(tài)進(jìn)行傳遞的消息保存在socket緩沖區(qū)數(shù)據(jù)隊(duì)列中,發(fā)送消息只是把消息保存在接收者的socket的接收隊(duì)列中,而不需要等待接收者收到消息
(2)使用socket()創(chuàng)建netlink套接字
int socket(int domain, int type, int protocol);
@domain:協(xié)議族 AF_NETLINK or PF_NETLINK
@type :socket類型 SOCK_DGRAM or SOCK_RAW
@protocol : 協(xié)議類型 NETLINK_KOBJECT_UEVENT
(3)netlink地址結(jié)構(gòu)
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(xié)議族
@nl_pad : 填0
@nl_pid : 進(jìn)程pid ,可以通過getpid()獲取
(3)使用setsockopt()設(shè)置套接字選項(xiàng)
setsockopt(sd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &buffersize, sizeof(buffersize));
@SO_RCVBUFFORCE:設(shè)置或者獲取緩沖區(qū)的大小
(4)使用bind()綁定地址結(jié)構(gòu)
retval= bind(sd, (void*)&snl, sizeof(struct sockaddr_nl))
(5)讀取netlink接收緩沖區(qū)的內(nèi)容
read(sd, buf, sizeof(buf));
