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<html xmlns:cf="http://docbook.sourceforge.net/xmlns/chunkfast/1.0"><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=gb2312"><title>第 14 章 Linux 设备模型-Linux设备驱动第三版（中文版）</title><meta name="description" content="驱动开发" /><meta name="keywords" content="Linux设备驱动,中文版,第三版,ldd,linux device driver,驱动开发,电子版,程序设计,软件开发,开发频道" /><meta name="verify-v1" content="5asbXwkS/Vv5OdJbK3Ix0X8osxBUX9hutPyUxoubhes=" /><link rel="stylesheet" href="docbook.css" type="text/css"><meta name="generator" content="DocBook XSL Stylesheets V1.69.0"><link rel="start" href="index.html" title="Linux 设备驱动 Edition 3"><link rel="up" href="index.html" title="Linux 设备驱动 Edition 3"><link rel="prev" href="ch13s06.html" title="13.6. 快速参考"><link rel="next" href="ch14s02.html" title="14.2. 低级 sysfs 操作"></head><body bgcolor="white" text="black" link="#0000FF" vlink="#840084" alink="#0000FF"><div class="navheader"><table width="100%" summary="Navigation header"><tr><th colspan="3" align="center">第 14 章 Linux 设备模型</th></tr><tr><td width="20%" align="left"><a accesskey="p" href="ch13s06.html">上一页</a> </td><th width="60%" align="center"> </th><td width="20%" align="right"> <a accesskey="n" href="ch14s02.html">下一页</a></td></tr></table><hr></div><div class="chapter" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a name="TheLinuxDeviceModel.chap"></a>第 14 章 Linux 设备模型</h2></div></div></div><div class="toc"><p><b>目录</b></p><dl><dt><span class="sect1"><a href="ch14.html#KobjectsKsetsandSubsystems.sect">14.1. Kobjects, Ksets 和 Subsystems </a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch14.html#KobjectBasics.sect">14.1.1. Kobject 基础</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14.html#KobjectHierachiesKsetsandSubsystems.sect">14.1.2. kobject 层次, kset, 和子系统</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch14s02.html">14.2. 低级 sysfs 操作</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch14s02.html#DefaultAttributes.sect">14.2.1. 缺省属性</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s02.html#NondefaultAttributes.sect">14.2.2. 非缺省属性</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s02.html#BinaryAttributes.sect">14.2.3. 二进制属性</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s02.html#SymbolicLinks.sect">14.2.4. 符号连接</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch14s03.html">14.3. 热插拔事件产生</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch14s03.html#HotplugOperations.sect">14.3.1. 热插拔操作</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch14s04.html">14.4. 总线, 设备, 和驱动</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch14s04.html#Buses.sect">14.4.1. 总线</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s04.html#Devices.sect">14.4.2. 设备</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s04.html#DeviceDrivers.sect2">14.4.3. 设备驱动</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch14s05.html">14.5. 类</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch14s05.html#TheclasssimpleInterface.sect2">14.5.1. class_simple 接口</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s05.html#TheFullClassInterface.sect2">14.5.2. 完整的类接口</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch14s06.html">14.6. 集成起来</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch14s06.html#AddaDevice.sect2">14.6.1. 添加一个设备</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s06.html#RemoveaDevice.sect2">14.6.2. 去除一个设备</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s06.html#AddaDriver.sect2">14.6.3. 添加一个驱动</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s06.html#RemoveaDriver.sect2">14.6.4. 去除一个驱动</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch14s07.html">14.7. 热插拔</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch14s07.html#DynamicDevices.sect2">14.7.1. 动态设备</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s07.html#ThesbinhotplugUtility.sect2">14.7.2. /sbin/hotplug 工具</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s07.html#Usingsbinhotplug.sect2">14.7.3. 使用 /sbin/hotplug </a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch14s08.html">14.8. 处理固件</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch14s08.html#TheKernelFirmwareInterface.sect2">14.8.1. 内核固件接口</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s08.html#HowItWorks.sect2">14.8.2. 它如何工作</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch14s09.html">14.9. 快速参考</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch14s09.html#Kobjects.sect2">14.9.1. Kobjects结构</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s09.html#SysfsOperations.sect2">14.9.2. sysfs 操作</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s09.html#BusesDevicesandDrivers.sect2">14.9.3. 总线, 设备, 和驱动</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s09.html#Classes.sect2">14.9.4. 类</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch14s09.html#Firmware.sect2">14.9.5. 固件</a></span></dt></dl></dd></dl></div><p>在 2.5 开发循环中一个声明的目标是为内核创建一个统一的设备模型. 之前的内核没有单一的数据结构, 使它们可以来获取关于系统如何整合的信息. 尽管缺乏信息, 有时事情也进行的不错. 新系统, 带有它们的更加复杂的技术并且需要支持诸如电源管理等特性, 但是, 清楚地要求需要一个通用的描述系统结构的抽象.</p><p>2.6 设备模型提供了这个抽象. 现在它用在内核来支持广泛的任务, 包括:</p><div class="variablelist"><dl><dt><span class="term"><span>电源管理和系统关机</span></span></dt><dd><p>这些需要一个对系统的结构的理解. 例如, 一个 USB 宿主适配器不可能被关闭, 在处理所有的连接到这个适配器的设备之前. 这个设备模型使能了一个按照正确顺序的系统硬件的遍历.</p></dd><dt><span class="term"><span>与用户空间的通讯</span></span></dt><dd><p>sysfs 虚拟文件系统的实现被紧密地捆绑进设备模型, 并且暴露它所代表的结构. 关于系统到用户空间的信息提供和改变操作参数的旋纽正越来越多地通过 sysfs 和 通过设备模型来完成.</p></dd><dt><span class="term"><span>可热插拔设备</span></span></dt><dd><p>计算机硬件正更多地动态变化; 外设可因用户的一时念头而进出. 在内核中使用的来处理和(特别的)与用户空间关于设备插入和拔出的通讯, 是由设备模型来管理.</p></dd><dt><span class="term"><span>设备类别</span></span></dt><dd><p>系统的许多部分对设备如何连接没有兴趣, 但是它们需要知道什么类型的设备可用. 设备模型包括一个机制来分配设备给类别, 它在一个更高的功能性的级别描述了这些设备, 并且允许它们从用户空间被发现.</p></dd><dt><span class="term"><span>对象生命期</span></span></dt><dd><p>许多上面描述的功能, 包括热插拔支持和 sysfs, 使在内核中创建和操作对象复杂了. 设备模型的实现要求创建一套机制来处理对象生命期, 它们之间的关系, 和它们在用户空间的表示.</p></dd></dl></div><p>Linux 设备模型是一个复杂的数据结构. 例如, 考虑图<a href="ch14.html#ldd3-14-1.fig" title="图 14.1. 设备模型的一小部分">设备模型的一小部分</a>, 它展示了(用简单的形式)和 USB 鼠标关联的设备模型结构的微小片段. 图中心的下方, 我们看到核心"设备"树, 展示了鼠标如何连接到系统. "bus"树跟踪什么连接到每个总线, 而在"classes" 下的子树涉及设备提供的功能, 不管它们是如何连接的. 设备模型树即便在一个简单的系统中也包含几百个节点, 如同在图中展示的那些; 它是一个难于整个呈现的数据结构.</p><div class="figure"><a name="ldd3-14-1.fig"></a><p class="title"><b>图 14.1. 设备模型的一小部分</b></p><div><img src="images/snagitldd3/ldd3-14-1.png" alt="设备模型的一小部分"></div></div><p>对大部分, Linux 设备模型代码负责所有这些方面, 而不强加自己于驱动作者之上. 它大部分位于后面; 和设备模型的直接交互通常由总线一级的逻辑和各种其他的内核子系统处理. 结果, 许多驱动作者会完全忽略设备模型, 并且信任它来照顾它自己.</p><p>有时, 但是, 理解设备模型是一个好事情. 有时设备模型从其他的层后面遛出来; 例如, 通用的 DMA 代码( 我们在第 15 章遇到) 使用 struct device. 你可能想使用一些由设备模型提供的能力, 例如引用计数和由 kobjects 提供的相关特色. 通过 sysfs 和 用户空间的通讯也是一个设备模型功能; 本章解释了这个通讯如何工作.</p><p>但是, 我们开始于一个自底而上的设备模型的表述. 设备模型的复杂性使得难于从一个高层视角来理解. 我们的希望是, 通过展示低层设备组件如何工作, 我们可为你准备这个挑战, 掌握这些组件如何用来建立更大的结构.</p><p>对大部分读者, 本章可作为高级材料,不需要在第一次读完. 鼓励那些对 Linux 设备模型如何工作感兴趣的人努力向前, 但是, 在我们进入底层细节时.</p><div class="sect1" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="KobjectsKsetsandSubsystems.sect"></a>14.1. Kobjects, Ksets 和 Subsystems </h2></div></div></div><p>Kobject 是基础的结构, 它保持设备模型在一起. 初始地它被作为一个简单的引用计数, 但是它的责任已随时间增长, 并且因此有了它自己的战场. struct kobject 所处理的任务和它的支持代码现在包括:</p><div class="variablelist"><dl><dt><span class="term"><span>对象的引用计数</span></span></dt><dd><p>常常, 当一个内核对象被创建, 没有方法知道它会存在多长时间. 一种跟踪这种对象生命周期的方法是通过引用计数. 当没有内核代码持有对给定对象的引用, 那个对象已经完成了它的有用寿命并且可以被删除.</p></dd><dt><span class="term"><span>sysfs 表示</span></span></dt><dd><p>在 sysfs 中出现的每个对象在它的下面都有一个 kobject, 它和内核交互来创建它的可见表示.</p></dd><dt><span class="term"><span>数据结构粘和</span></span></dt><dd><p>设备模型是, 整体来看, 一个极端复杂的由多级组成的数据结构, 各级之间有许多连接. kobject 实现这个结构并且保持它在一起.</p></dd><dt><span class="term"><span>热插拔事件处理</span></span></dt><dd><p>kobject 子系统处理事件的产生, 事件通知用户空间关于系统中硬件的来去.</p></dd></dl></div><p>你可能从前面的列表总结出 kobject 是一个复杂的结构. 这可能是对的. 通过一次看一部分, 但是, 是有可能理解这个结构和它如何工作的.</p><div class="sect2" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="KobjectBasics.sect"></a>14.1.1. Kobject 基础</h3></div></div></div><p>一个 kobject 有类型 struct kobject; 它在 <linux/kobject.h> 中定义. 这个文件还包含许多其他和 kobject 相关的结构的声明, 一个操作它们的函数的长列表.</p><div class="sect3" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h4 class="title"><a name="Embeddingkobjects.sect"></a>14.1.1.1. 嵌入的 kobjects</h4></div></div></div><p>在我们进入细节前, 值得花些时间理解如何使用 kobjects. 如果你回看被 kobjects 处理的函数列表, 你会看到它们都是代表其他对象进行的服务. 一个 kobject, 换句话说, 对其自己很少感兴趣; 它存在仅仅为了结合一个高级对象到设备模型.</p><p>因此, 对于内核代码它很少(甚至不知道)创建一个孤立的 kobject; 相反, kobject 被用来控制存取更大的, 特定域的对象. 为此, kobject 被嵌入到其他结构中. 如果你习惯以面向对象的术语考虑事情, kobject 可被看作一个顶级的, 抽象类, 其他的类自它而来. 一个 kobject 实现一系列功能, 这些功能对自己不是特别有用而对其他对象是好的. C 语言不允许直接表达继承, 因此其他的技术 -- 例如将一个结构嵌入另一个 -- 必须使用.</p><p>作为一个例子, 让我们回看 struct cdev, 我们在第 3 章遇到过它. 那个结构, 如同在 2.6.10 内核中发现的, 看来如此:</p><pre class="programlisting">struct cdev { struct kobject kobj; struct module *owner; struct file_operations *ops; struct list_head list; dev_t dev; unsigned int count; };</pre><p>我们可以看出, cdev 结构有一个 kobject 嵌在里面. 如果你有一个这样的结构, 会发现它的嵌入的 kobject 只是使用 kobj 成员. 使用 kobjects 的代码有相反的问题, 但是: 如果一个 struct kobject 指针, 什么是指向包含结构的指针? 你应当避免窍门(例如假定 kobject 是在结构的开始), 并且, 相反, 使用 container_of 宏 (在第 3 章的"open 方法"一节中介绍的). 因此转换一个指向嵌在一个结构 cdev 中的一个 struct kobject 的指针 kp 的方法是:</p><pre class="programlisting">struct cdev *device = container_of(kp, struct cdev, kobj); </pre><p>程序员常常定义一个简单的宏来"后向转换" kobject 指针到包含类型.</p></div><div class="sect3" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h4 class="title"><a name="Kobjectinitialization.sect"></a>14.1.1.2. kobject 初始化</h4></div></div></div><p>本书已经展示了许多数据类型, 带有简单的在编译或者运行时初始化机制. 一个 kobject 的初始化有些复杂, 特别当使用它的所有函数时. 不管一个 kobject 如何使用, 但是, 必须进行几个步骤.</p><p>这些步骤的第一个是仅仅设置整个 kobject 为 0, 常常使用一个对 memset 的调用. 常常这个初始化作为清零这个 kobjiect 嵌入的结构的一部分. 清零一个 kobject 失败导致非常奇怪的崩溃, 进一步会掉线; 这不是你想跳过的一步.</p><p>下一步是设立一些内部成员, 使用对 kobject_init() 的调用:</p><pre class="programlisting">void kobject_init(struct kobject *kobj); </pre><p>在其他事情中, kobject_init 设置 kobject 的引用计数为 1. 调用 kobject_init 不够, 但是. kobject 用户必须, 至少, 设置 kobject 的名子. 这是用在 sysfs 入口的名子. 如果你深入内核代码, 你可以发现直接拷贝一个字符串到 kobject 的名子成员的代码, 但是应当避免这个方法. 相反, 使用:</p><pre class="programlisting">int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, ...); </pre><p>这个函数采用一个 printk 风格的变量参数列表. 不管你信或不信, 对这种操作实际上可能失败( 他可能试图分配内存 ); 负责任的代码应当检查返回值并且有针对性的相应.</p><p>其他的由创建者应当设置的 kobject 成员, 直接或间接, 是 ktype, kset, 和 parent. 我们在本章稍后到这些.</p></div>⌨️ 快捷键说明
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