Linux设备模型Kobject

练家志

Linux设备模型的核心是使用Bus、Class、Device、Driver四个核心数据结构，将大量的、不同功能的硬件设备（以及驱动该硬件设备的方法），以树状结构的形式，进行归纳、抽象，从而方便Kernel的统一管理。
而硬件设备的数量、种类是非常多的，这就决定了Kernel中将会有大量的有关设备模型的数据结构。这些数据结构一定有一些共同的功能，需要抽象出来统一实现，否则就会不可避免的产生冗余代码。这就是Kobject诞生的背景。
目前为止，Kobject主要提供如下功能：
1.       通过parent指针，可以将所有Kobject以层次结构的形式组合起来。
2.       使用一个引用计数（reference count），来记录Kobject被引用的次数，并在引用次数变为0时把它释放（这是Kobject诞生时的唯一功能）。
3.       和sysfs虚拟文件系统配合，将每一个Kobject及其特性，以文件的形式，开放到用户空间（有关sysfs，会在其它文章中专门描述，本文不会涉及太多内容）。

在Linux Kernelsource code中的位置
在Kernel源代码中，Kobject由如下两个文件实现：
include/linux/kobject.h
lib/kobject.c
其中kobject.h为Kobject的头文件，包含所有的数据结构定义和接口声明。kobject.c为核心功能的实现。
主要的数据结构
有必要说明一下Kobject,Kset和Ktype这三个概念。
Kobject是基本数据类型，每个Kobject都会在"/sys/“文件系统中以目录的形式出现。
Ktype代表Kobject（严格地讲，是包含了Kobject的数据结构）的属性操作集合（由于通用性，多个Kobject可能共用同一个属性操作集，因此把Ktype独立出来了）。
Kset是一个特殊的Kobject（因此它也会在"/sys/“文件系统中以目录的形式出现），它用来集合相似的Kobject（这些Kobject可以是相同属性的，也可以不同属性的）。
首先看一下Kobject的原型
1:/* Kobject: include/linux/kobject.h line 60 */
2:struct kobject {
3:     constchar *name;
4:     struct list_head    entry;
5:     struct kobject      *parent;
6:     struct kset     *kset;
7:     struct kobj_type    *ktype;
8:     struct sysfs_dirent *sd;
9:     struct kref     kref;
10:    unsignedint state_initialized:1;
11:    unsignedint state_in_sysfs:1;
12:    unsignedint state_add_uevent_sent:1;
13:    unsignedint state_remove_uevent_sent:1;
14:    unsignedint uevent_suppress:1;
15: };
name，该Kobject的名称，同时也是sysfs中的目录名称。由于Kobject添加到Kernel时，需要根据名字注册到sysfs中，之后就不能再直接修改该字段。如果需要修改Kobject的名字，需要调用kobject_rename接口，该接口会主动处理sysfs的相关事宜。
entry，用于将Kobject加入到Kset中的list_head。
parent，指向parent kobject，以此形成层次结构（在sysfs就表现为目录结构）。
kset，该kobject属于的Kset。可以为NULL。如果存在，且没有指定parent，则会把Kset作为parent（别忘了Kset是一个特殊的Kobject）。
ktype，该Kobject属于的kobj_type。每个Kobject必须有一个ktype，或者Kernel会提示错误。
sd，该Kobject在sysfs中的表示。
kref，"struct kref”类型（在include/linux/kref.h中定义）的变量，为一个可用于原子操作的引用计数。
state_initialized，指示该Kobject是否已经初始化，以在Kobject的Init，Put，Add等操作时进行异常校验。
state_in_sysfs，指示该Kobject是否已在sysfs中呈现，以便在自动注销时从sysfs中移除。
state_add_uevent_sent/state_remove_uevent_sent，记录是否已经向用户空间发送ADD uevent，如果有，且没有发送remove uevent，则在自动注销时，补发REMOVE uevent，以便让用户空间正确处理。
uevent_suppress，如果该字段为1，则表示忽略所有上报的uevent事件。

Kset的原型为
1:/* include/linux/kobject.h, line 159 */
2:struct kset {
3:     struct list_head list;
4:     spinlock_t list_lock;
5:     struct kobject kobj;
6:     conststruct kset_uevent_ops *uevent_ops;
7: };
list/list_lock，用于保存该kset下所有的kobject的链表。
kobj，该kset自己的kobject（kset是一个特殊的kobject，也会在sysfs中以目录的形式体现）。
uevent_ops，该kset的uevent操作函数集。当任何Kobject需要上报uevent时，都要调用它所从属的kset的uevent_ops，添加环境变量，或者过滤event（kset可以决定哪些event可以上报）。因此，如果一个kobject不属于任何kset时，是不允许发送uevent的。
Ktype的原型为
1:/* include/linux/kobject.h, line 108 */
2:struct kobj_type {
3:     void (*release)(struct kobject *kobj);
4:     conststruct sysfs_ops *sysfs_ops;
5:     struct attribute **default_attrs;
6:     conststruct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
7:     constvoid *(*namespace)(struct kobject *kobj);
8: };
release，通过该回调函数，可以将包含该种类型kobject的数据结构的内存空间释放掉。
sysfs_ops，该种类型的Kobject的sysfs文件系统接口。
default_attrs，该种类型的Kobject的atrribute列表（所谓attribute，就是sysfs文件系统中的一个文件）。将会在Kobject添加到内核时，一并注册到sysfs中。
child_ns_type/namespace，和文件系统（sysfs）的命名空间有关。

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