认识Linux设备驱动模型和Kobject

Posted 2022-02-23 bcbobo21cn

2.6内核增加了一个引人注目的新特性——统一设备模型(device model)。设备模型提供了一个独立的机制专门来表示设备，并描述其在系统中的拓扑结构；

Linux设备模型的核心是使用Bus、Class、Device、Driver四个核心数据结构，将大量的、不同功能的硬件设备（以及驱动该硬件设备的方法），以树状结构的形式，进行归纳、抽象，从而方便Kernel的统一管理；

而硬件设备的数量、种类是非常多的，这就决定了Kernel中将会有大量的有关设备模型的数据结构。这些数据结构一定有一些共同的功能，需要抽象出来统一实现，否则就会不可避免的产生冗余代码。这就是Kobject诞生的背景；

通过parent指针，可以将所有Kobject以层次结构的形式组合起来；
使用一个引用计数（reference count），来记录Kobject被引用的次数，并在引用次数变为0时把它释放（这是Kobject诞生时的唯一功能）；
和sysfs虚拟文件系统配合，将每一个Kobject及其特性，以文件的形式，开放到用户空间（有关sysfs，会在其它文章中专门描述，本文不会涉及太多内容）；

Kobject是Linux设备模型的基础；

回想文件系统中的核心对象“索引节点（indoe）”和目录项“dentry”：
    inode—与文件系统中的一个文件相对应（而实际上，只有文件被访问时，才在内存创建索引节点）；
    dentry—每个路径中的一个分量，例如路径/bin/ls，其中/、bin和ls三个都是目录项，只是前两个是目录，而最后一个是普通文件；也就是说，目录项或者是一子目录，或者是一个文件；

既然，kobject要形成一颗树，那么其中的字段就要有parent，以表示树的层次关系；另外，kobject得有name字段，按说，目录或文件名并不会很长，但是，sysfs文件系统为了表示对象之间复杂的关系，需要通过软链接达到，而软链接常常有较长的名字，通过以上的分析，目前可以得知kobject对象包含的字段有：

struct kobject
    char       *k_name;  /*长名字*/
    char       name[kOBJ_NAME_LEN]; /* 短名字*/
    struct kobject    *parent; /* 表示对象的层次关系*/
    struct dentry *dentry; /*表示sysfs中的一个目录项 */
;

查看kobject.h头文件，看到它还包含以下字段：

struct kobject
    struct kref          kref;
    struct list_head  entry;
    struct kset          *kset;
    struct kobj_type  *ktype;
;

这四个字段，每一个都是结构体，其中structlist_head是内核中形成双向链表的基本结点结构;

增加一个引用计数可通过koject_get()函数完成：
    struct kobject* kobject_get(struct kobject *kobj);
该函数正常情况下将返回一个指向kobject的指针，如果失败则返回NULL指针；

减少引用计数通过kobject_put()完成：
    void kobject_put(struct kobject *kobj);
如果对应的kobject的引用计数减少到零，则与该kobject关联的ktype中的析构函数将被调用;

深入到引用计数系统的内部去看，会发现kobject的引用计数是通过kref结构体实现的，该结构体定义在头文件<linux/kref.h>中：
struct kref atomic_t refcount;;
其中唯一的字段是用来存放引用计数的原子变量。那为什么采用结构体？这是为了便于进行类型检测；

上述的所有函数定义与声明分别在在文件lib/kref.c和文件<linux/kref.h>中。

共同特性的ktype
    kobject是一个抽象而基本的对象。对于一族具有共同特性的kobject，就是用定义在头文件<linux/kobject.h>中的ktype来描述：

struct kobj_type    
    void (*release)(structkobject *);
    struct sysfs_ops  *sysfs_ops;
    struct attribute  **default_attrs;
;

release指针指向在kobject引用计数减至零时要被调用的析构函数，该函数负责释放所有kobject使用的内存和其它相关清理工作；
sysfs_ops变量指向sysfs_ops结构体，其中包含两个函数，也就是对属性进行操作的读写函数show()和store()；
最后，default_attrs指向一个attribute结构体数组。这些结构体定义了kobject相关的默认属性；属性描述了给定对象的特征，其实，属性就是对应/sys树形结构中的叶子结点，也就是文件;