Linux
2.6內核的一個重要特色是提供了統一的內核設備模型。隨著技術的不斷進步，系統的拓撲結構越來越復雜，對智能電源管理、熱插拔以及plug and
play的支持要求也越來越高，2.4內核已經難以滿足這些需求。為適應這種形勢的需要，2.6內核開發了全新的設備模型。
１． Sysfs文件系統
Sysfs文件系統是一個類似于proc文件系統的特殊文件系統，用于將系統中的設備組織成層次結構，并向用戶模式程序提供詳細的內核數據結構信息。其頂層目錄主要有：
Block目錄：包含所有的塊設備
Devices目錄：包含系統所有的設備，并根據設備掛接的總線類型組織成層次結構
Bus目錄：包含系統中所有的總線類型
Drivers目錄：包括內核中所有已注冊的設備驅動程序
Class目錄：系統中的設備類型（如網卡設備，聲卡設備等）
２． 內核對象機制關鍵數據結構
2.1 kobject內核對象
Kobject 是Linux 2.6引入的新的設備管理機制，在內核中由struct
kobject表示。通過這個數據結構使所有設備在底層都具有統一的接口，kobject提供基本的對象管理，是構成Linux
2.6設備模型的核心結構，它與sysfs文件系統緊密關聯，每個在內核中注冊的kobject對象都對應于sysfs文件系統中的一個目錄。
Kobject結構定義為：
struct kobject {
char * k_name; // 指向設備名稱的指針
char name[KOBJ_NAME_LEN]; // 設備名稱
struct kref kref; // 對象引用計數
struct list_head entry; // 掛接到所在kset中去的單元
struct kobject * parent; // 指向父對象的指針
struct kset * kset; // 所屬kset的指針
struct kobj_type * ktype; // 指向其對象類型描述符的指針
struct dentry * dentry; // sysfs文件系統中與該對象對應的文件節點路徑指針
};
其中的kref域表示該對象引用的計數，內核通過kref實現對象引用計數管理，內核提供兩個函數kobject_get()、kobject_put()分別用于增加和減少引用計數，當引用計數為0時，所有該對象使用的資源將被釋放。
Ktype
域是一個指向kobj_type結構的指針，表示該對象的類型。Kobj_type數據結構包含三個域：一個release方法用于釋放kobject占
用的資源；一個sysfs_ops指針指向sysfs操作表和一個sysfs文件系統缺省屬性列表。Sysfs操作表包括兩個函數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()函數用于存儲用戶態
傳入的屬性值。
2.2 kset內核對象集合
Kobject通常通過kset組織成層次化的結構，kset是具有相同類型的kobject的集合，在內核中用kset數據結構表示，定義為：
struct kset {
struct subsystem * subsys; // 所在的subsystem的指針
struct kobj_type * ktype; // 指向該kset對象類型描述符的指針
struct list_head list; // 用于連接該kset中所有kobject的鏈表頭
struct kobject kobj; // 嵌入的kobject
struct kset_hotplug_ops * hotplug_ops; // 指向熱插拔操作表的指針
};
包 含在kset中的所有kobject被組織成一個雙向循環鏈表，list域正是該鏈表的頭。Ktype域指向一個kobj_type結構，被該
kset中的所有kobject共享，表示這些對象的類型。Kset數據結構還內嵌了一個kobject對象（由kobj域表示），所有屬于這個kset
的kobject對象的parent域均指向這個內嵌的對象。此外，kset還依賴于kobj維護引用計數：kset的引用計數實際上就是內嵌的
kobject對象的引用計數。
2.3 subsystem內核對象子系統
Subsystem是一系列kset的集合，描述系統中某一
類設備子系統，如block_subsys表示所有的塊設備，對應于sysfs文件系統中的block目錄。類似的，devices_subsys對應于
sysfs中的devices目錄，描述系統中所有的設備。Subsystem由struct subsystem數據結構描述，定義為：
struct subsystem {
struct kset kset; // 內嵌的kset對象
struct rw_semaphore rwsem; // 互斥訪問信號量
};
每 個kset必須屬于某個subsystem，通過設置kset結構中的subsys域指向指定的subsystem可以將一個kset加入到該
subsystem。所有掛接到同一subsystem的kset共享同一個rwsem信號量，用于同步訪問kset中的鏈表。
３． 內核對象機制主要相關函數
針對內核對象不同層次的數據結構，linux 2.6內核定義了一系列操作函數，定義于lib/kobject.c文件中。
3.1 kobject相關函數
void kobject_init(struct kobject * kobj)；// kobject初始化函數。設置kobject引用計數為1，entry域指向自身，其所屬kset引用計數加１
int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, 
)；// 設置指定kobject的名稱。
void kobject_cleanup(struct kobject * kobj);
void kobject_release(struct kref *kref)；// kobject清除函數。當其引用計數為０時，釋放對象占用的資源。
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)；// 將kobj 對象的引用計數加1，同時返回該對象的指針。
void kobject_put(struct kobject * kobj)；// 將kobj對象的引用計數減1，如果引用計數降為0，則調用kobject_release()釋放該kobject對象。
int kobject_add(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，增加父目錄各級kobject的引用計數，在其parent指向的目錄下創建文件節點，并啟動該類型內核對象的hotplug函數。
int kobject_register(struct kobject * kobj)；// kobject注冊函數。通過調用kobject_init()初始化kobj，再調用kobject_add()完成該內核對象的注冊。
void kobject_del(struct kobject * kobj)；// 從Linux設備層次(hierarchy)中刪除kobj對象。
void kobject_unregister(struct kobject * kobj)；// kobject注銷函數。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()減少該對象的引用計數，如果引用計數降為0，則釋放該kobject對象。
3.2 kset相關函數
與kobject
相似，kset_init()完成指定kset的初始化，kset_get()和kset_put()分別增加和減少kset對象的引用計數。
Kset_add()和kset_del()函數分別實現將指定keset對象加入設備層次和從其中刪除；kset_register()函數完成
kset的注冊而kset_unregister()函數則完成kset的注銷。
3.3 subsystem相關函數
subsystem有一組完成類似的函數，分別是：
void subsystem_init(struct subsystem *subsys);
int subsystem_register(struct subsystem *subsys);
void subsystem_unregister(struct subsystem *subsys);
struct subsystem *subsys_get(struct subsystem *subsys)
void subsys_put(struct subsystem *subsys);
４． 設備模型組件
在上述內核對象機制的基礎上，Linux的設備模型建立在幾個關鍵組件的基礎上，下面我們詳細闡述這些組件。
4.1 devices
系統中的任一設備在設備模型中都由一個device對象描述，其對應的數據結構struct device定義為：
struct device {
struct list_head g_list;
struct list_head node;
struct list_head bus_list;
struct list_head driver_list;
struct list_head children;
struct device *parent;
struct kobject kobj;
char bus_id[BUS_ID_SIZE];
struct bus_type *bus;
struct device_driver *driver;
void *driver_data;
/* Several fields omitted */
};
g_list
將該device對象掛接到全局設備鏈表中，所有的device對象都包含在devices_subsys中，并組織成層次結構。Node域將該對象掛接
到其兄弟對象的鏈表中，而bus_list則用于將連接到相同總線上的設備組織成鏈表，driver_list則將同一驅動程序管理的所有設備組織為鏈
表。此外，children域指向該device對象子對象鏈表頭，parent域則指向父對象。Device對象還內嵌一個kobject對象，用于引
用計數管理并通過它實現設備層次結構。Driver域指向管理該設備的驅動程序對象，而driver_data則是提供給驅動程序的數據。Bus域描述設
備所連接的總線類型。
內核提供了相應的函數用于操作device對象。其中Device_register()函數將一個新的device對象插
入設備模型，并自動在/sys/devices下創建一個對應的目錄。Device_unregister()完成相反的操作，注銷設備對象。
Get_device()和put_device()分別增加與減少設備對象的引用計數。通常device結構不單獨使用，而是包含在更大的結構中作為一
個子結構使用，比如描述PCI設備的struct pci_dev，其中的dev域就是一個device對象。
4.2 drivers
系統中的每個驅動程序由一個device_driver對象描述，對應的數據結構定義為：
struct device_driver {
char *name; // 設備驅動程序的名稱
struct bus_type *bus; // 該驅動所管理的設備掛接的總線類型
struct kobject kobj; // 內嵌kobject對象
struct list_head devices; // 該驅動所管理的設備鏈表頭
int (*probe)(struct device *dev); // 指向設備探測函數，用于探測設備是否可以被該驅動程序管理
int (*remove)(struct device *dev); // 用于刪除設備的函數
/* some fields omitted*/
}；
與device 結構類似，device_driver對象依靠內嵌的kobject對象實現引用計數管理和層次結構組織。內核提供類似的函數用于操作
device_driver對象，如get_driver()增加引用計數，driver_register()用于向設備模型插入新的driver對
象，同時在sysfs文件系統中創建對應的目錄。Device_driver()結構還包括幾個函數，用于處理熱拔插、即插即用和電源管理事件。
4.3 buses
系統中總線由struct bus_type描述，定義為：
struct bus_type {
char * name; // 總線類型的名稱
struct subsystem subsys; // 與該總線相關的subsystem
struct kset drivers; // 所有與該總線相關的驅動程序集合
struct kset devices; // 所有掛接在該總線上的設備集合
struct bus_attribute * bus_attrs; // 總線屬性
struct device_attribute * dev_attrs; // 設備屬性
struct driver_attribute * drv_attrs; // 驅動程序屬性
int (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv);
int (*hotplug) (struct device *dev, char **envp, int num_envp, char *buffer, int buffer_size);
int (*suspend)(struct device * dev, u32 state);
int (*resume)(struct device * dev);
}；
每 個bus_type對象都內嵌一個subsystem對象，bus_subsys對象管理系統中所有總線類型的subsystem對象。每個
bus_type對象都對應/sys/bus目錄下的一個子目錄，如PCI總線類型對應于/sys/bus/pci。在每個這樣的目錄下都存在兩個子目
錄：devices和drivers（分別對應于bus_type結構中的devices和drivers域）。其中devices子目錄描述連接在該總
線上的所有設備，而drivers目錄則描述與該總線關聯的所有驅動程序。與device_driver對象類似，bus_type結構還包含幾個函數
（match()、hotplug()等）處理相應的熱插拔、即插即拔和電源管理事件。
4.4 classes
系統中的設備類由 struct
class描述，表示某一類設備。所有的class對象都屬于class_subsys子系統，對應于sysfs文件系統中的/sys/class目錄。
每個class對象包括一個class_device鏈表，每個class_device對象表示一個邏輯設備，并通過struct
class_device中的dev域（一個指向struct
device的指針）關聯一個物理設備。這樣，一個邏輯設備總是對應于一個物理設備，但是一個物理設備卻可能對應于多個邏輯設備。此外，class結構中
還包括用于處理熱插拔、即插即拔和電源管理事件的函數，這與device對象和driver對象相似。