Linux设备管理（一）：kobject, kset, ktype分析

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本文参考资料： 

*　　　　　　　　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

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1. kobject

kobject是Linux 2.6后引入的新的设备管理机制，在内核中由struct kobject表示。经过这个数据结构使全部设备在底层都具备统一的接口，kobject提供基本的对象管理，是构成Linux2.6设备模型的核心结构。它与sysfs文件系统紧密关联，每一个在内核中注册的kobject对象都对应于sysfs文件系统中的一个目录。

kobject是组成设备模型的基本结构。相似于C++中的基类，它嵌入于更大的对象的对象中--所谓的容器--用来描述设备模型的组件。如bus,devices, drivers 都是典型的容器。这些容器就是通kobject链接起来了，造成了一个树状结构，这个树状结构就与/sys相对应。

kobject 结构为一些大的数据结构和子系统提供了基本的对象管理，避免了相似机能的重复实现。这些机能包括
（1） 对象引用计数；
（2）维护对象链表(集合)；
（3）对象上锁；
（4）在用户空间的表示。

struct kobject 
{
    const char          *name;               //表示kobject对象的名字，对应sysfs下的一个目录
    struct list_head    entry;               //是kobject中插入的head_list结构
    struct kobject      *parent;             //指向当前kobject父对象的指针，体如今sys结构中就是包含当前kobject对象的目录对象
    struct kset         *kset;               //表示当前kobject对象所属的集合
    struct kobj_type    *ktype;              //表示当前kobject的类型，包含了kobject相关的操做函数和属性
    struct sysfs_dirent *sd;　　　　　　　　　　//用于表示VFS文件系统的目录项，是设备与文件之间的桥梁，sysfs中的符号连接就是经过kernfs_node内的联合体实现的
    struct kref        kref;                 //对kobject的引用计数，当引用计数为0时，就回调以前注册的release方法释放该对象
    unsigned int state_initialized:1;        //初始化标志位，在对象初始化时被置位，表示对象是否已经被初始化
    unsigned int state_in_sysfs:1;           //表示kobject对象在sysfs中的状态，在对应目录中被建立则置1，不然为0
    unsigned int state_add_uevent_sent:1;    //添加设备的uevent事件是否发送标志，添加设备时会向用户空间发送uevent事件，请求新增设备
    unsigned int state_remove_uevent_sent:1; //删除设备的uevent事件是否发送标志，删除设备时会向用户空间发送uevent事件，请求卸载设备
    unsigned int uevent_suppress:1;
};

Linux内核中提供如下操做kobject的函数。

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

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

//将kobj对象的引用计数加1，同时返回该对象的指针
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)；

//将kobj对象的引用计数减1，若是引用计数降为0，则调用kobject release()释放该kobject对象
void kobject_put(struct kobject * kobj)； 

//将kobj对象加入Linux设备层次。挂接该kobject对象到kset的list链中，增长父目录各级kobject的引用计数，在其 parent指向的目录下建立文件节点，并启动该类型内核对象的hotplug函数
int kobject_add(struct kobject * kobj)；

//kobject注册函数。经过调用kobject init()初始化kobj，再调用kobject_add()完成该内核对象的注册
int kobject_register(struct kobject * kobj)；

//从Linux设备层次(hierarchy)中删除kobj对象
void kobject_del(struct kobject * kobj)；

//kobject注销函数。与kobject register()相反，它首先调用kobject del从设备层次中删除该对象，再调用kobject put()减小该对象的引用计数，若是引用计数降为0，则释放kobject对象
void kobject_unregister(struct kobject * kobj)；

2. ktype

ktype表示当前kobject的类型，其中包含了kobject相关的操做函数和属性。

struct kobj_type 
{
    void (*release)(struct kobject *kobj); //release方法用于释放kobject占用的资源
    const struct sysfs_ops *sysfs_ops;     //指向sysfs操做表
    struct attribute **default_attrs;      //sysfs文件系统缺省列表属性
    const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
    const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};

sysfs操做表包括两个函数store()和show()。当用户态读取属性 时，show()函数被调用，该函数编码指定属性值存入buffer中返回给用户态；而store()函数用于存储用户态传入的属性值。详见Linux设备管理：sysfs文件系统的功能及其应用

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

attribute, 属性。它以文件的形式输出到sysfs的目录当中,在kobject对应的目录下面。文件名为name。文件读写的方法对应于kobj type中的sysfs ops。

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

3. kset

kset最重要的是创建上层(sub-system)和下层的(kobject)的关联性。

kset表示一组kobject的集合，kobject经过kset组织成层次化的结构，全部属于该kset的kobjetc结构的parent指针指向kset包含的kobject对象，构成一个父子层次关系。这些kobject能够是不一样或相同的类型(kobj_type)。sysfs中的设备组织结构很大程度上都是根据kset进行组织的，好比"/sys/drivers"目录就是一个kset对象，包含系统中的驱动程序对应的目录，驱动程序的目录又由kobject表示。好比在平台设备模型中，当咱们注册一个设备或驱动到平台总线，实际上是将对应的kobject挂接到platform总线的kset上，每种总线都是维护两条链表(两个kset)，一条用于连接挂接在上面的驱动(驱动kset)，一条用于连接挂接在上面的设备(设备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之间的联系

kobject、ktype、kset之间的联系以下图所示。。