The Linux device model

浏览数：53 / 时间：2015年06月20日

/sys和 /dev的疑问

1、/dev 下放的是设备文件，是由应用层mknod创建的文件。如果底层驱动对mknod的设备号有对应的驱动，如open等函数，那么应用层open “/dev/**”时，就会调用到底层的驱动。说白了，/dev下放的是内核和应用层交互的文件，让应用层去open,write,poll等。
2、/sys 是个文件系统，你写内核代码时，如果有调用kobj_init等函数，就会在/sys下的相应目录生成相应文件。它的作用是将内核注册的设备、驱动、BUS连成一个树形结构。另外，应用层也可以通过读写/sys下的文件和内核进行交互（ktype）。说白了/sys就是一个树形结构，让你明白内核都有哪些驱动和设备已经bus，方便电源管理。

sysfs底层操作

1、kobject结构
一提到kobject很多人就不想看了，千篇一律。但是使用这个结构，我们可以建立设备驱动模型，所以必须明白。开发驱动程序对我来说，也就是建几个目录，创几个属性文件。内核的设备驱动架构已经打好了，调几个函数来用就可以了。在sysfs文件系统里，kobject对应目录，属性（attribute）对应文件。

struct kobject {
    const char      * k_name;
    char            name[KOBJ_NAME_LEN];
    struct kref     kref;
    struct list_head    entry;
    struct kobject      * parent;
    struct kset     * kset;
    struct kobj_type    * ktype;
    struct sysfs_dirent * sd;
    wait_queue_head_t   poll;
};

kobject内容包括目录的名字，parent上层目录，如果parent=NULL就在/sys下面创建目录。ktype可理解为这个目录的属性。

struct kobj_type {
    void (*release)(struct kobject *);
    struct sysfs_ops    * sysfs_ops;
    struct attribute    ** default_attrs;
};
struct sysfs_ops {
    ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);//读方法
    ssize_t (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t);//写方法
};
struct attribute {
    const char      * name;
    struct module       * owner;
    mode_t          mode;
};//属性文件的名字，模式，只读设为S_IRUGO，可写设为S_IWUSR

2、方法（operations）
想一想在文件系统上能干什么呢？无非是创建目录（kobject），创建文件（属性）！

    // 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，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，如果引用计数降为，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，增加父目录各级kobject的引// 用计数，在其parent指向的目录下创建文件节点，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,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()减少该对象的引用计数，如果引用计数降为，则释放kobject对象
    void kobject_unregister(struct kobject * kobj);

设备模型上层容器

这里说的上层容器指的是总线类型（bus_type）、设备（device）和驱动（device_driver）。LDD3里面举过一个比方，把kobject当成一个基类，总线类型、设备、驱动和kobject都是继承关系，这些上层的容器自然具备了sysfs的操作方法！
总线类型一般不需要我们创建了，内核支持大多数总线类型（pci，usb，iic…），还包含了虚拟总线类型（platform_bus）,所以这里就不涉及如何创建总线，如何建立总线的属性文件云云。

1. 设备 device

设备的操作可简单理解为1、注册设备；2、创建设备属性文件。
通常的注册和注销函数:
int device_register(struct device *dev);
void device_unregister(struct device *dev);
设备的注册和注销包含了对底层的sysfs的操作，诸如kobject_init，kobject_add…
创建属性

struct device_attribute { 
struct attribute attr; 
ssize_t (*show)(struct device *dev, char *buf); 
ssize_t (*store)(struct device *dev, const char *buf, 
size_t count); 
};

这些属性结构可在编译时建立, 使用这些宏:
DEVICE_ATTR(name, mode, show, store);
结果结构通过前缀 dev_attr_ 到给定名子上来命名. 属性文件的实际管理使用通常的函数对来处理:
int device_create_file(struct device *device, struct device_attribute *entry);
void device_remove_file(struct device *dev, struct device_attribute *attr);

2. 驱动 driver

驱动的操作可简单理解为1、注册驱动；2、创建驱动属性文件。
通常的注册和注销函数:
int driver_register(struct device_driver *drv);
void driver_unregister(struct device_driver *drv);
设备的注册和注销包含了对底层的sysfs的操作，诸如kobject_init，kobject_add…
创建属性
DRIVER_ATTR(name, mode, show, store);
int driver_create_file(struct device_driver *drv, struct driver_attribute *attr);
void driver_remove_file(struct device_driver *drv, struct driver_attribute *attr);

摘一段驱动代码来讲讲

#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/pci.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/platform_device.h>

struct input_dev *vms_input_dev;        /* Representation of an input device */
static struct platform_device *vms_dev; /* Device structure */

                                        /* Sysfs method to input simulated
                                           coordinates to the virtual
                                           mouse driver */
static ssize_t
write_vms(struct device *dev,
          struct device_attribute *attr,
          const char *buffer, size_t count)
{
  int x,y;
  sscanf(buffer, "%d%d", &x, &y);
                                        /* Report relative coordinates via the
                                           event interface */
  input_report_rel(vms_input_dev, REL_X, x);
  input_report_rel(vms_input_dev, REL_Y, y);
  input_sync(vms_input_dev);
  return count;
}
/* Attach the sysfs write method */
DEVICE_ATTR(coordinates, 0644, NULL, write_vms);
/* Attribute Descriptor */
static struct attribute *vms_attrs[] = {
  &dev_attr_coordinates.attr,
  NULL
};
/* Attribute group */
static struct attribute_group vms_attr_group = {
  .attrs = vms_attrs,
};
/* Driver Initialization */
int __init
vms_init(void)
{
  /* Register a platform device */
  vms_dev = platform_device_register_simple("vms", -1, NULL, 0);
  if (IS_ERR(vms_dev)) {
    PTR_ERR(vms_dev);
    printk("vms_init: error\n");
  }
  /* Create a sysfs node to read simulated coordinates */
  sysfs_create_group(&vms_dev->dev.kobj, &vms_attr_group);
  /* Allocate an input device data structure */
  vms_input_dev = input_allocate_device();
  if (!vms_input_dev) {
    printk("Bad input_alloc_device()\n");
  }
  /* Announce that the virtual mouse will generate
     relative coordinates */
  set_bit(EV_REL, vms_input_dev->evbit);
  set_bit(REL_X, vms_input_dev->relbit);
  set_bit(REL_Y, vms_input_dev->relbit);

  /* Register with the input subsystem */
  input_register_device(vms_input_dev);
  printk("Virtual Mouse Driver Initialized.\n");
  return 0;
}
/* Driver Exit */
void
vms_cleanup(void)
{
  /* Unregister from the input subsystem */
  input_unregister_device(vms_input_dev);
  /* Cleanup sysfs node */
  sysfs_remove_group(&vms_dev->dev.kobj, &vms_attr_group);
  /* Unregister driver */
  platform_device_unregister(vms_dev);
  return;
}

module_init(vms_init);
module_exit(vms_cleanup);

这是从《Essential Linux Device Drivers》第七章输入设备摘的代码，实现从虚拟鼠标读取数据坐标上报的功能。
技术分享

这里使用了总线platform_bus。
vms_dev = platform_device_register_simple(“vms”, -1, NULL, 0);注册设备到总线；
sysfs_create_group(&vms_dev->dev.kobj, &vms_attr_group);创建属性文件，在linux/sysfs.h中引用，类似于sysfs_create_file；
input_register_device(vms_input_dev);注册设备文件到input子系统，具体细节参考源码；
总的来说，就是干了两件事，创建目录对象和创建属性，然后加到设备模型中，建立一个资源管理树！

文章只是片面的，宏观的略谈驱动模型，经验不足，仅作参考！