linux設(shè)備模型
1. Sysfs文件系統(tǒng)
Sysfs文件系統(tǒng)是一個(gè)類似于proc文件系統(tǒng)的特殊文件系統(tǒng),用于將系統(tǒng)中的設(shè)備組織成層次結(jié)構(gòu),并向用戶模式程序提供詳細(xì)的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息。其頂層目錄主要有:
Block目錄:包含所有的塊設(shè)備
Devices目錄:包含系統(tǒng)所有的設(shè)備,并根據(jù)設(shè)備掛接的總線類型組織成層次結(jié)構(gòu)
Bus目錄:包含系統(tǒng)中所有的總線類型
Drivers目錄:包括內(nèi)核中所有已注冊(cè)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
Class目錄:系統(tǒng)中的設(shè)備類型(如網(wǎng)卡設(shè)備,聲卡設(shè)備等)
2. 內(nèi)核對(duì)象機(jī)制關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
2.1 kobject內(nèi)核對(duì)象
Kobject 是Linux 2.6引入的新的設(shè)備管理機(jī)制,在內(nèi)核中由struct kobject表示。通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使所有設(shè)備在底層都具有統(tǒng)一的接口,kobject提供基本的對(duì)象管理,是構(gòu)成Linux 2.6設(shè)備模型的核心結(jié)構(gòu),它與sysfs文件系統(tǒng)緊密關(guān)聯(lián),每個(gè)在內(nèi)核中注冊(cè)的kobject對(duì)象都對(duì)應(yīng)于sysfs文件系統(tǒng)中的一個(gè)目錄。
Kobject結(jié)構(gòu)定義為:
char * k_name; // 指向設(shè)備名稱的指針
char name[KOBJ_NAME_LEN]; // 設(shè)備名稱
struct kref kref; // 對(duì)象引用計(jì)數(shù)
struct list_head entry; // 掛接到所在kset中去的單元
struct kobject * parent; // 指向父對(duì)象的指針
struct kset * kset; // 所屬kset的指針
struct kobj_type * ktype; // 指向其對(duì)象類型描述符的指針
struct dentry * dentry; // sysfs文件系統(tǒng)中與該對(duì)象對(duì)應(yīng)的文件節(jié)點(diǎn)路徑指針
};
其中的kref域表示該對(duì)象引用的計(jì)數(shù),內(nèi)核通過(guò)kref實(shí)現(xiàn)對(duì)象引用計(jì)數(shù)管理,內(nèi)核提供兩個(gè)函數(shù)kobject_get()、kobject_put()分別用于增加和減少引用計(jì)數(shù),當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí),所有該對(duì)象使用的資源將被釋放。
Ktype 域是一個(gè)指向kobj_type結(jié)構(gòu)的指針,表示該對(duì)象的類型。Kobj_type數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含三個(gè)域:一個(gè)release方法用于釋放kobject占 用的資源;一個(gè)sysfs_ops指針指向sysfs操作表和一個(gè)sysfs文件系統(tǒng)缺省屬性列表。Sysfs操作表包括兩個(gè)函數(shù)store()和 show()。當(dāng)用戶態(tài)讀取屬性時(shí),show()函數(shù)被調(diào)用,該函數(shù)編碼指定屬性值存入buffer中返回給用戶態(tài);而store()函數(shù)用于存儲(chǔ)用戶態(tài) 傳入的屬性值。
2.2 kset內(nèi)核對(duì)象集合
Kobject通常通過(guò)kset組織成層次化的結(jié)構(gòu),kset是具有相同類型的kobject的集合,在內(nèi)核中用kset數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示,定義為:
struct subsystem * subsys; // 所在的subsystem的指針
struct kobj_type * ktype; // 指向該kset對(duì)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(gè)雙向循環(huán)鏈表,list域正是該鏈表的頭。Ktype域指向一個(gè)kobj_type結(jié)構(gòu),被該 kset中的所有kobject共享,表示這些對(duì)象的類型。Kset數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還內(nèi)嵌了一個(gè)kobject對(duì)象(由kobj域表示),所有屬于這個(gè)kset 的kobject對(duì)象的parent域均指向這個(gè)內(nèi)嵌的對(duì)象。此外,kset還依賴于kobj維護(hù)引用計(jì)數(shù):kset的引用計(jì)數(shù)實(shí)際上就是內(nèi)嵌的 kobject對(duì)象的引用計(jì)數(shù)。
2.3 subsystem內(nèi)核對(duì)象子系統(tǒng)
Subsystem是一系列kset的集合,描述系統(tǒng)中某一 類設(shè)備子系統(tǒng),如block_subsys表示所有的塊設(shè)備,對(duì)應(yīng)于sysfs文件系統(tǒng)中的block目錄。類似的,devices_subsys對(duì)應(yīng)于 sysfs中的devices目錄,描述系統(tǒng)中所有的設(shè)備。Subsystem由struct subsystem數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述,定義為:
struct kset kset; // 內(nèi)嵌的kset對(duì)象
struct rw_semaphore rwsem; // 互斥訪問(wèn)信號(hào)量
};
每 個(gè)kset必須屬于某個(gè)subsystem,通過(guò)設(shè)置kset結(jié)構(gòu)中的subsys域指向指定的subsystem可以將一個(gè)kset加入到該 subsystem。所有掛接到同一subsystem的kset共享同一個(gè)rwsem信號(hào)量,用于同步訪問(wèn)kset中的鏈表。
3. 內(nèi)核對(duì)象機(jī)制主要相關(guān)函數(shù)
針對(duì)內(nèi)核對(duì)象不同層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),linux 2.6內(nèi)核定義了一系列操作函數(shù),定義于lib/kobject.c文件中。
3.1 kobject相關(guān)函數(shù)
int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format,

void kobject_cleanup(struct kobject * kobj);
void kobject_release(struct kref *kref);// kobject清除函數(shù)。當(dāng)其引用計(jì)數(shù)為0時(shí),釋放對(duì)象占用的資源。
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj);// 將kobj 對(duì)象的引用計(jì)數(shù)加1,同時(shí)返回該對(duì)象的指針。
void kobject_put(struct kobject * kobj);// 將kobj對(duì)象的引用計(jì)數(shù)減1,如果引用計(jì)數(shù)降為0,則調(diào)用kobject_release()釋放該kobject對(duì)象。
int kobject_add(struct kobject * kobj);// 將kobj對(duì)象加入Linux設(shè)備層次。掛接該kobject對(duì)象到kset的list鏈中,增加父目錄各級(jí)kobject的引用計(jì)數(shù),在其parent指向的目錄下創(chuàng)建文件節(jié)點(diǎn),并啟動(dòng)該類型內(nèi)核對(duì)象的hotplug函數(shù)。
int kobject_register(struct kobject * kobj);// kobject注冊(cè)函數(shù)。通過(guò)調(diào)用kobject_init()初始化kobj,再調(diào)用kobject_add()完成該內(nèi)核對(duì)象的注冊(cè)。
void kobject_del(struct kobject * kobj);// 從Linux設(shè)備層次(hierarchy)中刪除kobj對(duì)象。
void kobject_unregister(struct kobject * kobj);// kobject注銷函數(shù)。與kobject_register()相反,它首先調(diào)用kobject_del從設(shè)備層次中刪除該對(duì)象,再調(diào)用kobject_put()減少該對(duì)象的引用計(jì)數(shù),如果引用計(jì)數(shù)降為0,則釋放該kobject對(duì)象。
3.2 kset相關(guān)函數(shù)
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(duì)象的引用計(jì)數(shù)。 Kset_add()和kset_del()函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)將指定keset對(duì)象加入設(shè)備層次和從其中刪除;kset_register()函數(shù)完成 kset的注冊(cè)而kset_unregister()函數(shù)則完成kset的注銷。
3.3 subsystem相關(guān)函數(shù)
subsystem有一組完成類似的函數(shù),分別是:
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(shè)備模型組件
在上述內(nèi)核對(duì)象機(jī)制的基礎(chǔ)上,Linux的設(shè)備模型建立在幾個(gè)關(guān)鍵組件的基礎(chǔ)上,下面我們?cè)敿?xì)闡述這些組件。
4.1 devices
系統(tǒng)中的任一設(shè)備在設(shè)備模型中都由一個(gè)device對(duì)象描述,其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct device定義為:
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(duì)象掛接到全局設(shè)備鏈表中,所有的device對(duì)象都包含在devices_subsys中,并組織成層次結(jié)構(gòu)。Node域?qū)⒃搶?duì)象掛接 到其兄弟對(duì)象的鏈表中,而bus_list則用于將連接到相同總線上的設(shè)備組織成鏈表,driver_list則將同一驅(qū)動(dòng)程序管理的所有設(shè)備組織為鏈 表。此外,children域指向該device對(duì)象子對(duì)象鏈表頭,parent域則指向父對(duì)象。Device對(duì)象還內(nèi)嵌一個(gè)kobject對(duì)象,用于引 用計(jì)數(shù)管理并通過(guò)它實(shí)現(xiàn)設(shè)備層次結(jié)構(gòu)。Driver域指向管理該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο螅鴇river_data則是提供給驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)。Bus域描述設(shè) 備所連接的總線類型。
內(nèi)核提供了相應(yīng)的函數(shù)用于操作device對(duì)象。其中Device_register()函數(shù)將一個(gè)新的device對(duì)象插 入設(shè)備模型,并自動(dòng)在/sys/devices下創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的目錄。Device_unregister()完成相反的操作,注銷設(shè)備對(duì)象。 Get_device()和put_device()分別增加與減少設(shè)備對(duì)象的引用計(jì)數(shù)。通常device結(jié)構(gòu)不單獨(dú)使用,而是包含在更大的結(jié)構(gòu)中作為一 個(gè)子結(jié)構(gòu)使用,比如描述PCI設(shè)備的struct pci_dev,其中的dev域就是一個(gè)device對(duì)象。
4.2 drivers
系統(tǒng)中的每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序由一個(gè)device_driver對(duì)象描述,對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為:
char *name; // 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的名稱
struct bus_type *bus; // 該驅(qū)動(dòng)所管理的設(shè)備掛接的總線類型
struct kobject kobj; // 內(nèi)嵌kobject對(duì)象
struct list_head devices; // 該驅(qū)動(dòng)所管理的設(shè)備鏈表頭
int (*probe)(struct device *dev); // 指向設(shè)備探測(cè)函數(shù),用于探測(cè)設(shè)備是否可以被該驅(qū)動(dòng)程序管理
int (*remove)(struct device *dev); // 用于刪除設(shè)備的函數(shù)
/* some fields omitted*/
};
與device 結(jié)構(gòu)類似,device_driver對(duì)象依靠?jī)?nèi)嵌的kobject對(duì)象實(shí)現(xiàn)引用計(jì)數(shù)管理和層次結(jié)構(gòu)組織。內(nèi)核提供類似的函數(shù)用于操作 device_driver對(duì)象,如get_driver()增加引用計(jì)數(shù),driver_register()用于向設(shè)備模型插入新的driver對(duì) 象,同時(shí)在sysfs文件系統(tǒng)中創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的目錄。Device_driver()結(jié)構(gòu)還包括幾個(gè)函數(shù),用于處理熱拔插、即插即用和電源管理事件。
4.3 buses
系統(tǒng)中總線由struct bus_type描述,定義為:
char * name; // 總線類型的名稱
struct subsystem subsys; // 與該總線相關(guān)的subsystem
struct kset drivers; // 所有與該總線相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序集合
struct kset devices; // 所有掛接在該總線上的設(shè)備集合
struct bus_attribute * bus_attrs; // 總線屬性
struct device_attribute * dev_attrs; // 設(shè)備屬性
struct driver_attribute * drv_attrs; // 驅(qū)動(dòng)程序?qū)傩?/span>
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(gè)bus_type對(duì)象都內(nèi)嵌一個(gè)subsystem對(duì)象,bus_subsys對(duì)象管理系統(tǒng)中所有總線類型的subsystem對(duì)象。每個(gè) bus_type對(duì)象都對(duì)應(yīng)/sys/bus目錄下的一個(gè)子目錄,如PCI總線類型對(duì)應(yīng)于/sys/bus/pci。在每個(gè)這樣的目錄下都存在兩個(gè)子目 錄:devices和drivers(分別對(duì)應(yīng)于bus_type結(jié)構(gòu)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(shè)備,而drivers目錄則描述與該總線關(guān)聯(lián)的所有驅(qū)動(dòng)程序。與device_driver對(duì)象類似,bus_type結(jié)構(gòu)還包含幾個(gè)函數(shù) (match()、hotplug()等)處理相應(yīng)的熱插拔、即插即拔和電源管理事件。
4.4 classes
系統(tǒng)中的設(shè)備類由 struct class描述,表示某一類設(shè)備。所有的class對(duì)象都屬于class_subsys子系統(tǒng),對(duì)應(yīng)于sysfs文件系統(tǒng)中的/sys/class目錄。 每個(gè)class對(duì)象包括一個(gè)class_device鏈表,每個(gè)class_device對(duì)象表示一個(gè)邏輯設(shè)備,并通過(guò)struct class_device中的dev域(一個(gè)指向struct device的指針)關(guān)聯(lián)一個(gè)物理設(shè)備。這樣,一個(gè)邏輯設(shè)備總是對(duì)應(yīng)于一個(gè)物理設(shè)備,但是一個(gè)物理設(shè)備卻可能對(duì)應(yīng)于多個(gè)邏輯設(shè)備。此外,class結(jié)構(gòu)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(shù),這與device對(duì)象和driver對(duì)象相似。
posted @ 2008-11-12 23:14 LukeW 閱讀(190) | 評(píng)論 (0) | 編輯 收藏