linux设备模型中ktype的用法

　　作者：刘洪涛，华清远见嵌入式培训中心讲师，ARM公司授权ATC讲师。

 

　　在上篇《利用udev、sys动态创建设备结点》的记录中，设备驱动中主要依靠下面两个功能完成的：

　　1、在/sys/class下创建farsight_class类

　　my_class =class_create(THIS_MODULE, "farsight_class");

　　2、在farsight_class中创建新的class设备

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

　　然后会在/sys中出现如图的文件结构：

　　其中”dev”和uevent都是“属性”，可以读取dev获取设备的主次设备号；也可以对uevent操作；让内核发出“add”事件用于热插拔。如：

　　注：这里写入任何值都会导致“add”事件的产生，udevmonitor检测时现象如下：

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

　　那么上述功能实现的原理是什么呢？现在就要过度到本文的主题ktype的使用了。先认识下这个结构

　　kype的结构定义为：

　　STruct kobj_type {

　　void (*release)(struct kobject *);

　　struct sysfs_ops *sysfs_ops;/*提供实现以下属性的方法*/

　　struct attribute **default_attrs; /*用于保存类型属性列表（指针的指针） */

　　};

　　其中 attribute定义为：

　　struct attribute {

　　char *name;/*属性的名字(在kobject的sysfs 目录中显示，如上文的dev、uvent)*/

　　struct module *owner;/*指向模块的指针(如果有), 此模块负责实现这个属性*/

　　mode_t mode; /*属性的保护位,modes 的宏定义在 <linux/stat.h>:例如S_IRUGO 为只读属性等等*/

　　}; /*default_attrs 列表中的一个元素必须用 0 填充*/

　　sysfs 系统中的属性读写是由 kobj_type->sysfs_ops 成员中的函数完成的:

　　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);

　　};

　　当用户空间读取一个属性时（如：#cat dev），内核会使用指向 kobject 的指针（kobj）和正确的属性结构（*attr）来调用show 方法，该方法将给定属性值编码进缓冲(buffer)（注意不要越界( PAGE_SIZE 字节)）， 并返回实际数据长度。

　　也可对所有 kobject （通常指在一个kset关联的范围内）关联的属性使用同一个 show 方法，用传递到函数的 attr 指针来判断所请求的属性。有的 show 方法包含对属性名字的检查。有的show 方法会将属性结构嵌入另一个结构（本文举的例子就是用的这种方法）, 这个结构包含需要返回属性值的信息，这时可用container_of 获得上层结构的指针以返回属性值的信息。

　　当用户空间写入一个属性时（如echo “hello” > event）内核会使用指向 kobject 的指针（kobj）和正确的属性结构（*attr）来调用store 方法。

　　store 方法将存在缓冲（buffer）的数据( size为数据的长度，不能超过 PAGE_SIZE )解码并保存新值到属性（*attr）, 返回实际解码的字节数。store 方法只在拥有属性的写权才能被调用。此时注意：接收来自用户空间的数据一定要验证其合法性。如果到数据不匹配, 返回一个负的错误值。

　　每一个 kobject 需要有一个关联的 kobj_type 结构，指向这个结构的指针能在 2 个不同的地方找到：

　　（1）kobject 结构自身包含一个成员(ktype)指向kobj_type ；

　　struct kobject {

　　……

　　struct kobj_type    * ktype;/*负责对该kobject类型进行跟踪的struct kobj_type的指针*/

　　……

　　}

　　（2）如果这个 kobject 是一个 kset 的成员, kset 会提供kobj_type 指针。

　　struct kset {

　　struct kobj_type    * ktype; /*指向该kset对象类型的指针*/

　　……

　　}

　　访问属性的时候到底是用的哪个kobj_type呢？

　　下面这个函数用以查找指定kobject的kobj_type 指针：

　　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这个类型优先于 kobject 自身中的 ktype 。因此在典型的应用中, 在 struct kobject 中的 ktype 成员被设为 NULL, 而 kset 中的ktype是实际被使用的。

　　下面通过跟踪class_device_create(my_class,NULL, devno, NULL,"farsight_dev");来确定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

　　从中可以看出名为“farsight_dev”的kobject对应的kset是class_obj_subsys.kset

　　5、

　　看看class_obj_subsys的定义

　　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对应的ktype为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”时都是操作这个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;

　　}

　　可以看出操作函数会根据to_class_dev_attr(attr);找出对应attr的class_dev_attr并调用其对应的show或store

　　9、

　　再跟踪一下上文中的dev及uvent属性的定义及其对应的操作函数

　　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);//上文中将打印出“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;

　　}

　　可以看出无论写入什么值都会触发KOBJ_ADD事件，内核调用kobject_uevent函数发送netlink message给用户空间用户层，用户空间可以用udev通过取到此事件，从而处理热插拔事件。
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