linux device model简述
linux device model简述
参考：
1）《LINUX设备驱动程序》第十四章 Linux 设备模型
2）内核源码2.6.38
内核初始化的时候会对设备模型作初始化，见init/main.c: start_kernel->rest_init->kernel_init->do_basic_setup->driver_init
设备模型中重要的数据结构：
include/linux/kobject.h:
struct kobject
struct kset
include/linux/device.h:
struct device
struct device_driver
struct bus_type
struct class
1. kobject
Linux设备驱动模型是一个复杂的数据结构，kobject是构成设备驱动模型的基本元素，它总是嵌入到其他结构中，用于把高级对象连接到设备驱动模型上。kobject类似于面向对象中的基类，device，device driver，bus，class便是它的派生产物。struct device，struct device_driver，struct bus_type，struct class中都包含一个类型为struct kobject的成员。
kobject和虚拟文件系统sysfs有着紧密的联系，一个kobject结构对应sysfs下的一个目录。
Documentation/kobject.txt和Documentation/filesystems/sysfs.txt对kobject和sysfs有详细描述。
struct kobject定义在include/linux/kobject.h中：
60 struct kobject {
61 const char *name; /*对应sysfs中的目录名*/
62 struct list_head entry; /*同类kobject组成一个双向链表，entry是该链表中的一个节点*/
63 struct kobject *parent; /*指向父kobject*/
64 struct kset *kset; /*指向所属的kset*/
65 struct kobj_type *ktype; /*struct kobj_type中的struct attribute对应sysfs中的文件*/
66 struct sysfs_dirent *sd;
67 struct kref kref;
68 unsigned int state_initialized:1;
69 unsigned int state_in_sysfs:1;
70 unsigned int state_add_uevent_sent:1;
71 unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
72 unsigned int uevent_suppress:1;
73 };
内核用kobject结构将各个对象连接起来组成一个分层的结构体系，有两种独立的机制用于连接：parent指针和kset。
在kobject结构中的parent成员指向另一个kobject结构，这个结构表示了分层结构中的上一层节点。父kobject和kobject在sysfs中表现为目录与子目录的关系。
kset是同类kobject的集合。
struct kset定义在include/linux/kobject.h中：
159 struct kset {
160 struct list_head list; /*kset包含的kobject组成一个链表，list指向该链表头*/
161 spinlock_t list_lock;
162 struct kobject kobj;
163 const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
164 };
kset通过链表来管理集合中的kobject，struct kset中的list成员指向该链表头。
struct kset结构中亦有一个struct kobject类型的成员，故kset在sysfs中同样对应一个目录。
大部分情况下，kset集合中koject的父kobject都指向该kset中的kobject成员。
kset，parent，kobject的关系如下图：
对kobject的操作函数定义在lib/kobject.c中。
2. 总线、设备、驱动、类
下面主要描述一下总线、设备、驱动、类之间的关系，Documentation/driver-model下亦有描述。对于总线、设备、驱动、类的操作函数的实现，code shows you everything，详见drivers/base下的bus.c，core.c，driver.c，dd.c，class.c等。
2.1 总线
总线是处理器与一个或多个设备之间的通道，在设备模型中，所有的设备都通过总线相连。总线用struct bus_type来描述，bus_type是该总线下设备和驱动的管理机构。
struct bus_type定义在include/linux/device.h中：
50 struct bus_type {
51 const char *name;
52 struct bus_attribute *bus_attrs;
53 struct device_attribute *dev_attrs;
54 struct driver_attribute *drv_attrs;
55
56 int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
57 int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
58 int (*probe)(struct device *dev);
59 int (*remove)(struct device *dev);
60 void (*shutdown)(struct device *dev);
61
62 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
63 int (*resume)(struct device *dev);
64
65 const struct dev_pm_ops *pm;
66
67 struct subsys_private *p;
68 };
重点看一下结构struct subsys_private，该结构描述了总线与设备和驱动的关系：
27 struct subsys_private {
28 struct kset subsys;
29 struct kset *devices_kset;
30
31 struct kset *drivers_kset;
32 struct klist klist_devices;
33 struct klist klist_drivers;
34 struct blocking_notifier_head bus_notifier;
35 unsigned int drivers_autoprobe:1;
36 struct bus_type *bus;
37
38 struct list_head class_interfaces;
39 struct kset glue_dirs;
40 struct mutex class_mutex;
41 struct class *class;
42 };
1）devices_kset和drivers_kset分别指向该总线下所有设备和驱动的集合，在sysfs中，/sys/bus/xxx/下总是存在/sys/bus/xxx/devices和/sys/bus/xxx/drivers目录。
2）bus_type还管理着两个链表，klist_devices和 klist_drivers，分别表示该总线下的所有设备和所有驱动。
2.2 设备
设备驱动模型中，每一个设备都用struct device描述，struct device定义在include/linux/device.h中，下面只列出部分成员：
struct device {
407 struct device *parent;
408
409 struct device_private *p;
410
411 struct kobject kobj;
......
......
418
419 struct bus_type *bus; /* type of bus device is on */
420 struct device_driver *driver; /* which driver has allocated this
421 device */
......
......
452
453 struct klist_node knode_class;
454 struct class *class;
......
......
458 };
68 struct device_private {
69 struct klist klist_children;
70 struct klist_node knode_parent;
71 struct klist_node knode_driver;
72 struct klist_node knode_bus;
73 void *driver_data;
74 struct device *device;
75 };
1）父子关系：它是一个父设备，它维护一个子设备的链表klist_children；它同时是一个子设备， parent指向它的父设备，knode_parent是该设备在其父设备的子设备链表中的节点；
2）与总线的关系：它挂在某个总线下，bus指向该总线的bus_type结构， knode_bus是其所在总线所维护的设备链表中的一个节点；
3）与驱动的关系：它是一个设备，理所当然要跟一个驱动匹配， driver指向与该设备匹配的device_driver结构，bus下的每一个驱动会维护一个设备链表表示该驱动支持的所有设备， knode_driver便表示该链表下的一个节点；
4）与类的关系：类是一个设备的高层视图，它抽象出了底层的实现细节，允许用户空间使用设备所提供的功能，而不关心设备是如何连接以及它们是如何工作的。即具体相似功能的设备被划为一类。class 指向该设备所属的类，每个类会维护一个链表表示该类型下的所有设备， knode_class便是该链表中的一个节点。
2.3 驱动
struct device_driver用来描述驱动程序，其定义在include/linux下：
122 struct device_driver {
123 const char *name;
124 struct bus_type *bus;
125
......
......
144 struct driver_private *p;
145 };
45 struct driver_private {
46 struct kobject kobj;
47 struct klist klist_devices;
48 struct klist_node knode_bus;
49 struct module_kobject *mkobj;
50 struct device_driver *driver;
51 };
1）与设备的关系：每个驱动程序可以支持多个设备，device_driver维护了一个链表表示该驱动支持的所有设备，klist_devices指向该链表头；
2）与总线的关系：每个总线维护一个链表表示该总线下的所有驱动，knode_bus便是该链表下的一个节点， bus指向该驱动所在的总线；
2.4 类
类是一个设备的高层视图，它抽象出了底层的实现细节，允许用户空间使用设备所提供的功能，而不关心设备是如何连接以及它们是如何工作的。即具体相似功能的设备被划为一类。类用struct class描述，定义在include/device.h中：
193 struct class {
194 const char *name;
195 struct module *owner;
196
197 struct class_attribute *class_attrs;
198 struct device_attribute *dev_attrs;
199 struct bin_attribute *dev_bin_attrs;
200 struct kobject *dev_kobj;
201
202 int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
203 char *(*devnode)(struct device *dev, mode_t *mode);
204
205 void (*class_release)(struct class *class);
206 void (*dev_release)(struct device *dev);
207
208 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
209 int (*resume)(struct device *dev);
210
211 const struct kobj_ns_type_operations *ns_type;
212 const void *(*namespace)(struct device *dev);
213
214 const struct dev_pm_ops *pm;
215
216 struct subsys_private *p;
217 };
27 struct subsys_private {
28 struct kset subsys;
29 struct kset *devices_kset;
30
31 struct kset *drivers_kset;
32 struct klist klist_devices;
33 struct klist klist_drivers;
34 struct blocking_notifier_head bus_notifier;
35 unsigned int drivers_autoprobe:1;
36 struct bus_type *bus;
37
38 struct list_head class_interfaces;
39 struct kset glue_dirs;
40 struct mutex class_mutex;
41 struct class *class;
42 };
1）与设备的关系：每个类会维护一个链表表示该类型下的所有设备， devices_kset指向该链表头
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