linux設(shè)備模型中ktype的用法

作者：劉洪濤，華清遠見嵌入式培訓(xùn)中心高級講師，ARM公司授權(quán)ATC講師。

在上篇《利用udev、sys動態(tài)創(chuàng)建設(shè)備結(jié)點》的記錄中，設(shè)備驅(qū)動中主要依靠下面兩個功能完成的：

1、在/sys/class下創(chuàng)建farsight_class類

my_class =class_create(THIS_module, "farsight_class");

2、在farsight_class中創(chuàng)建新的class設(shè)備

class_device_create(my_class,NULL, devno, NULL,"farsight_dev");

然后會在/sys中出現(xiàn)如圖的文件結(jié)構(gòu)：

其中”dev”和uevent都是“屬性”，可以讀取dev獲取設(shè)備的主次設(shè)備號；也可以對uevent操作；讓內(nèi)核發(fā)出“add”事件用于熱插拔。如：

注：這里寫入任何值都會導(dǎo)致“add”事件的產(chǎn)生，udevmonitor檢測時現(xiàn)象如下：

UEVENT[1220019773.507374] add????? /class/farsight_class/farsight_dev (farsight_class)

那么上述功能實現(xiàn)的原理是什么呢？現(xiàn)在就要過度到本文的主題ktype的使用了。先認識下這個結(jié)構(gòu)

kype的結(jié)構(gòu)定義為：

STruct kobj_type {

void (*release)(struct kobject *);

struct sysfs_ops *sysfs_ops;/*提供實現(xiàn)以下屬性的方法*/

struct attribute **default_attrs; /*用于保存類型屬性列表（指針的指針） */

};

其中 attribute定義為：

struct attribute {

char *name;/*屬性的名字(在kobject的sysfs 目錄中顯示，如上文的dev、uvent)*/

struct module *owner;/*指向模塊的指針(如果有), 此模塊負責實現(xiàn)這個屬性*/

mode_t mode; /*屬性的保護位,modes 的宏定義在 <linux/stat.h>:例如S_IRUGO 為只讀屬性等等*/

}; /*default_attrs 列表中的最后一個元素必須用 0 填充*/

sysfs 系統(tǒng)中的屬性讀寫是由 kobj_type->sysfs_ops 成員中的函數(shù)完成的:

struct sysfs_ops {

ssize_t (*show)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, char *buffer);

ssize_t (*store)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, const char *buffer, size_t size);

};

當用戶空間讀取一個屬性時（如：#cat dev），內(nèi)核會使用指向 kobject 的指針（kobj）和正確的屬性結(jié)構(gòu)（*attr）來調(diào)用show 方法，該方法將給定屬性值編碼進緩沖(buffer)（注意不要越界( PAGE_SIZE 字節(jié))）， 并返回實際數(shù)據(jù)長度。

也可對所有 kobject （通常指在一個kset關(guān)聯(lián)的范圍內(nèi)）關(guān)聯(lián)的屬性使用同一個 show 方法，用傳遞到函數(shù)的 attr 指針來判斷所請求的屬性。有的 show 方法包含對屬性名字的檢查。有的show 方法會將屬性結(jié)構(gòu)嵌入另一個結(jié)構(gòu)（本文舉的例子就是用的這種方法）, 這個結(jié)構(gòu)包含需要返回屬性值的信息，這時可用container_of 獲得上層結(jié)構(gòu)的指針以返回屬性值的信息。

當用戶空間寫入一個屬性時（如echo “hello” > event）內(nèi)核會使用指向 kobject 的指針（kobj）和正確的屬性結(jié)構(gòu)（*attr）來調(diào)用store 方法。

store 方法將存在緩沖（buffer）的數(shù)據(jù)( size為數(shù)據(jù)的長度，不能超過 PAGE_SIZE )解碼并保存新值到屬性（*attr）, 返回實際解碼的字節(jié)數(shù)。store 方法只在擁有屬性的寫權(quán)限時才能被調(diào)用。此時注意：接收來自用戶空間的數(shù)據(jù)一定要驗證其合法性。如果到數(shù)據(jù)不匹配, 返回一個負的錯誤值。

每一個 kobject 需要有一個關(guān)聯(lián)的 kobj_type 結(jié)構(gòu)，指向這個結(jié)構(gòu)的指針能在 2 個不同的地方找到：

（1）kobject 結(jié)構(gòu)自身包含一個成員(ktype)指向kobj_type ；

struct kobject {

……

struct kobj_type * ktype;/*負責對該kobject類型進行跟蹤的struct kobj_type的指針*/

……

}

（2）如果這個 kobject 是一個 kset 的成員, kset 會提供kobj_type 指針。

struct kset {

struct kobj_type * ktype; /*指向該kset對象類型的指針*/

……

}

訪問屬性的時候到底是用的哪個kobj_type呢？

下面這個函數(shù)用以查找指定kobject的kobj_type 指針：

static inline struct kobj_type * get_ktype(struct kobject * k)

{

if (k->kset && k->kset->ktype)

return k->kset->ktype;

else

return k->ktype;

}

上面可以看出，kset中的ktype這個類型優(yōu)先于 kobject 自身中的 ktype 。因此在典型的應(yīng)用中, 在 struct kobject 中的 ktype 成員被設(shè)為 NULL, 而 kset 中的ktype是實際被使用的。

下面通過跟蹤class_device_create(my_class,NULL, devno, NULL,"farsight_dev");來確定ktype的使用。

1、

struct class_device *class_device_create（……）

{

……

retval = class_device_register(class_dev);

}

2、

int class_device_register(struct class_device *class_dev)

{

class_device_initialize(class_dev);

return class_device_add(class_dev);

}

3、

void class_device_initialize(struct class_device *class_dev)

{

kobj_set_kset_s(class_dev, class_obj_subsys);

kobject_init(&class_dev->kobj);

INIT_LIST_HEAD(&class_dev->node);

}

4、

#define kobj_set_kset_s(obj,subsys)

(obj)->kobj.kset = &(subsys).kset

從中可以看出名為“farsight_dev”的kobject對應(yīng)的kset是class_obj_subsys.kset

5、

看看class_obj_subsys的定義

static decl_subsys(class_obj, &ktype_class_device, &class_uevent_ops);

#define decl_subsys(_name,_type,_uevent_ops)

struct subsystem _name##_subsys = {

.kset = {

.kobj = { .name = __stringify(_name) },

.ktype = _type,

.uevent_ops =_uevent_ops,

}

}

所以kset對應(yīng)的ktype為ktype_class_device

6、

static struct kobj_type ktype_class_device = {

.sysfs_ops????? = &class_dev_sysfs_ops,

.release??? = class_dev_release,

};

7、

static struct sysfs_ops class_dev_sysfs_ops = {

.show???? = class_device_attr_show,

.store????? = class_device_attr_store,

};

在操作上文中的“dev”或“uevent”時都是操作這個class_dev_sysfs_ops

8、

class_device_attr_show(struct kobject * kobj, struct attribute * attr,

char * buf)

{

struct class_device_attribute * class_dev_attr = to_class_dev_attr(attr);

struct class_device * cd = to_class_dev(kobj);

ssize_t ret = 0;

if (class_dev_attr->show)

ret = class_dev_attr->show(cd, buf);

return ret;

}

class_device_attr_store(struct kobject * kobj, struct attribute * attr,

const char * buf, size_t count)

{

struct class_device_attribute * class_dev_attr = to_class_dev_attr(attr);

struct class_device * cd = to_class_dev(kobj);

ssize_t ret = 0;

if (class_dev_attr->store)

ret = class_dev_attr->store(cd, buf, count);

return ret;

}

可以看出操作函數(shù)會根據(jù)to_class_dev_attr(attr);找出對應(yīng)attr的class_dev_attr并調(diào)用其對應(yīng)的show或store

9、

再跟蹤一下上文中的dev及uvent屬性的定義及其對應(yīng)的操作函數(shù)

attr->attr.name = "dev";

attr->attr.mode = S_IRUGO;

attr->attr.owner = parent_class->owner;

attr->show = show_dev;

error = class_device_create_file(class_dev, attr);

static ssize_t show_dev(struct class_device *class_dev, char *buf)

{

return print_dev_t(buf, class_dev->devt);//上文中將打印出“252：0”

}

class_dev->uevent_attr.attr.name = "uevent";

class_dev->uevent_attr.attr.mode = S_IWUSR;

class_dev->uevent_attr.attr.owner = parent_class->owner;

class_dev->uevent_attr.store = store_uevent;

error = class_device_create_file(class_dev, &class_dev->uevent_attr);

static ssize_t store_uevent(struct class_device *class_dev,

const char *buf, size_t count)

{

kobject_uevent(&class_dev->kobj, KOBJ_ADD);

return count;

}

可以看出無論寫入什么值都會觸發(fā)KOBJ_ADD事件，內(nèi)核調(diào)用kobject_uevent函數(shù)發(fā)送netlink message給用戶空間用戶層，用戶空間可以用udev通過取到此事件，從而處理熱插拔事件。

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