Linux设备驱动结构梳理

Linux设备驱动结构梳理

最近为了学习Android底层设备驱动而把Linux底层设备驱动复习整理了一下。

Linux设备驱动程序是一个内核模块，可以随时添加到内核和随时从内核中删除。很自然，在模块被他人使用时无法删除，因而存在一个模块被使用的计数器。

对比vxWorks/Linux/QNX/OSE等等系统的设备驱动程序，万变不离其宗，任何系统的驱动层界面应该有如下根本的东西：

1、OS系统必定有某种设备链表，并有某种挂入函数能够将一个新设备及其驱动程序挂入这个链表。

2、从OS往下看，设备必定会提供一套读写接口。

找到这两者就摸清了这个OS体系的驱动脉络，其他细节可以顺藤摸瓜找出来。对应上述1，设备及驱动挂入函数往往类似dev_register(dev_num, dev_attr)和drv_register(dev_num, drv_funcs_pointer)，Linux体系的字符设备的对应函数是cdev_add()。对应上述2，驱动软件必须提供类似open/read/write/set/close之类函数，Linux把普通非网络设备当文件看待，故这类函数接口和文件操作函数接口一致。

Linux有一个设备链表，这已经足够，但是为了更好地观察和管理设备及驱动而发展了统一设备模型，其核心数据结构是kobject和kset。

每一个设备对应一个kobject结构，设备被使用的计数器也在这个结构里面。kset是一组相近设备集合的父节点结构，"a set of"在英文中是“一套”的意思，我猜测kset里面的set就是这个“套”的意思。

一组相近设备集合中每个kobject的父指针都指向其kset，而kset有个指针指向这个设备集合的第一个kobject，这个kobject的next指针指向第二个kobject，类推，所有kobject被这样的链表串接。

由于kset下属这组设备类型近似，所以kset结构链接一个kobj_type结构，在这个type结构中统一描述了组内所有设备的type情况。单个kobject内的type信息可能被忽略。

由于kset管理一组kobject，故存在将kobject添加到kset的接口，以及对应的删除接口，可能还有查询接口。

若干相近的kset组成一个驱动子系统subsystem，比如多种输入设备组成的输入子系统。

通过kset/kobject/kobj_type/subsystem等，所有设备组成了一颗设备树，这样Linux系统可以方便地查看整个系统的设备的层次和从属情况，可能还有分类统计情况。

进一步，Linux将这种树形结构对应成一个虚拟的，也即内存中的文件目录树结构，即sysfs。其中大多数目录都对应设备树，其中最深一层子目录对应一个设备，该目录中的文件对应设备的属性attr。另外sysfs还有设备的类视图class目录等，不过这些并非理解Linux设备驱动结构的关键。