設備驅動模型 - kobject

原創 vertor11 2020-02-22 16:54

目錄

一. 設備驅動模型簡介

二. kobject簡介

2.1 kobject內核數據結構

2.2 kobject操作內核接口

三. kobject實例

3.1 Makefile

3.2 實例1

3.3 實例2

3.4 實例3

一. 設備驅動模型簡介

     Linux設備模型的核心是使用Bus、Class、Device、Driver四個核心數據結構，將大量的、不同功能的硬件設備（以及驅動該硬件設備的方法），以樹狀結構的形式，進行歸納、抽象，從而方便Kernel的統一管理。

    linux將這些數據結構的共同功能抽象出來，同一實現， 表示爲 kobject。

  • 通過parent指針，將所有kobject以層次結構的形式組合起來。
  • 使用引用計數(reference count)來表示kobject被引用的次數，並且在ref變爲0時，釋放掉。
  • 它與sysfs文件系統緊密相連，每個註冊的kobject都對應sysfs文件系統中的一個目錄。即"/sys/"下的某個目錄。
  • kobject：是總線、驅動、設備的三種對象的一個基類，實現公共接口。
  • ktype：記錄了kobject對象的一些屬性。
  • kset：是同類型kobject對象的集合，即一個容器； 是特殊的kobject，故也會在"/sys/"下的某個目錄。
     

二. kobject簡介

    Kobject實現了基本的面向對象管理機制，是構成Linux設備模型的核心結構。它與sysfs文件系統緊密相連，在內核中註冊的每個kobject對象對應sysfs文件系統中的一個目錄。
    類似於C++中的基類，Kobject常被嵌入於其他類型（即：容器 kset）中。如bus,devices, drivers 都是典型的容器。這些容器通過kobject連接起來，形成了一個樹狀結構。

    kset與kobject的關係：

kset, kobject,sysfs的關係：

 

2.1 kobject內核數據結構

struct kobject {
    const char              *name;       /*名字*/      
    struct list_head        entry;         /*連接到kset建立層次結構*/
    struct kobject          *parent;     /*指向父節點，面向對象的層次架構。即反應到sysfs中爲父目錄*/
    struct kset             *kset;       /*指向所屬的kset*/
    struct kobj_type        *ktype;         /*屬性文件*/
    struct kernfs_node      *sd;         /*sysfs directory entry,對接虛擬文件系統*/
    struct kref             kref;         /*引用計數*/
#ifdef CONFIG_DEBUG_KOBJECT_RELEASE
    struct delayed_work     release;
#endif
    /*初始化狀態*/
    unsigned int            state_initialized:1;
    /*是否處在sysfs下了*/
    unsigned int            state_in_sysfs:1;
    unsigned int            state_add_uevent_sent:1;
    unsigned int            state_remove_uevent_sent:1;
    unsigned int            uevent_suppress:1;
};


/*成員變量結構*/
/*1. 名稱：kobj_type
     作用：Kobject的ktype成員是一個指向kobj_type結構的指針，該結構中記錄了kobject對象的一些屬性。
     注：
     release：用於釋放kobject佔用的資源，當kobject的引用計數爲0時被調用。
*/
struct kobj_type {
    void (*release)(struct kobject *kobj);   /*用於釋放kobject佔用的資源*/
    const struct sysfs_ops *sysfs_ops;       /*屬性文件的讀寫回調函數*/
    struct attribute **default_attrs;        /*默認屬性文件列表*/
    const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
    const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};

/*2. 名稱：sysfs_ops
     作用：kobj讀寫操作回調函數，負責分發到各個attribute的show和store函數中。
     注：
*/
struct sysfs_ops {
    /*應用層讀數據：當用戶讀屬性文件時，該函數被調用，該函數將屬性值存入buffer中返回給用戶態；*/
    ssize_t    (*show)(struct kobject *, struct attribute *, char *);  
        
    /*應用層寫數據：當用戶寫屬性文件時，該函數被調用，用於存儲用戶傳入的屬性值。*/          
    ssize_t    (*store)(struct kobject *, struct attribute *, const char *, size_t);
};

/*3. 名稱：attribute
     作用：屬性。對應於kobject的目錄下的一個文件，Name成員就是文件名。
     注：
*/
struct attribute {
    const char              *name;             /*屬性文件名*/
    umode_t                 mode;              /*屬性的文件屬性*/
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
    bool                    ignore_lockdep:1;
    struct lock_class_key   *key;
    struct lock_class_key   skey;
#endif
};

/*4. 名稱：kobj_attribute
     作用：讀寫操作回調函數。
     注：
*/
struct kobj_attribute {
    struct attribute attr;
    /*具體attribute屬性文件的讀操作函數*/
    ssize_t (*show)(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf);
    
    /*具體attribute屬性文件的寫寫操作函數*/
    ssize_t (*store)(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, const char *buf, size_t count);
};

 

2.2 kobject操作內核接口

/*1.初始化kobject結構*/
void kobject_init(struct kobject * kobj)

/*2.將kobject對象註冊到Linux系統*/
int kobject_add(struct kobject * kobj)

/*3.初始化kobject，並將其註冊到linux系統*/
int kobject_init_and_add(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype,
    struct kobject *parent, const char *fmt, ...)

/*4.從Linux系統中刪除kobject對象*/
void kobject_del(struct kobject * kobj)

/*5.將kobject對象的引用計數加1，同時返回該對象指針。*/
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)

/*6.將kobject對象的引用計數減1，如果引用計數降爲0，則調用release方法釋放該kobject對象。*/
void kobject_put(struct kobject * kobj)


三. kobject實例

3.1 Makefile

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
    obj-m := object_test.o
else
    PWD  := $(shell pwd)
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build

all:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

clean:
        rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions modules.order Module.symvers
endif

3.2 實例1

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/slab.h>


static struct kobject *my_kobj = NULL;

static void my_release(struct kobject *kobj)
{
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    kfree(my_kobj);
}


static struct kobj_type my_ktype = {
    .release = my_release,
};

static int __init kobj_test_init(void)
{
    int err = 0;
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    
    my_kobj = kzalloc(sizeof(struct kobject), GFP_KERNEL);
    if (!my_kobj)
        return -ENOMEM;

    kobject_init(my_kobj, &my_ktype);

    err = kobject_add(my_kobj, NULL, "%s_kobj", "my");
    if (err) {
        printk("kobj_test init kobject_add error!\n");
        goto err;
    }

    return 0;

err:
    kobject_put(my_kobj);
    return err;
}


static void __exit kobj_test_exit(void)
{
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    kobject_del(my_kobj);
    kobject_put(my_kobj);
}

module_init(kobj_test_init);
module_exit(kobj_test_exit);
MODULE_AUTHOR("vector");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");


結果：

3.3 實例2

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/slab.h>


static struct kobject *my_kobj = NULL;

static void my_release(struct kobject *kobj)
{
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    kfree(my_kobj);
}

/*用於分發到各個具體的attr屬性文件中的show，store函數中*/
static ssize_t my_sysfs_ops_show(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, char *buf)
{
    struct kobj_attribute *my_attr;
    ssize_t ret = -EIO;
    my_attr = container_of(attr, struct kobj_attribute, attr);
    if (my_attr->show)
        ret = my_attr->show(kobj, my_attr, buf);

    return ret;
}
static ssize_t my_sysfs_ops_store(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, const char *buf, size_t count)
{
    struct kobj_attribute *my_attr;
    ssize_t ret = -EIO;
    my_attr = container_of(attr, struct kobj_attribute, attr);
    if (my_attr->store)
        ret = my_attr->store(kobj, my_attr, buf, count);

    return ret;
}

/*
static ssize_t my_sysfs_ops_show(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, char *buf)
{
    strcpy(buf, "sysfs ops show");
    return strlen("sysfs ops show");
}
static ssize_t my_sysfs_ops_store(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,const char *buf, size_t count)
{
    printk("sysfs ops store %s", buf);
    return count;
}
*/

static const struct sysfs_ops my_sysfs_ops = {
    .show = my_sysfs_ops_show,
    .store = my_sysfs_ops_store,
};

static struct kobj_type my_ktype = {
    .sysfs_ops = &my_sysfs_ops,
    .release = my_release,
};



static ssize_t my_show(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
{
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    strcpy(buf, "my kobject show");
    return strlen("my kobject show");
}
static ssize_t my_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
    const char *buf, size_t count)
{
    printk("%s :in, %s!\n", __FUNCTION__, buf);
    return count;
}
static struct kobj_attribute my_attr =
    __ATTR(my, 0644, my_show, my_store);



static ssize_t your_show(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
{
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    strcpy(buf, "your kobject show");
    return strlen("your kobject show");
}
static ssize_t your_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
    const char *buf, size_t count)
{
    printk("%s :in, %s!\n", __FUNCTION__, buf);
    return count;
}
static struct kobj_attribute your_attr =
    __ATTR(your, 0644, your_show, your_store);



static int __init kobj_test_init(void)
{
    int err = 0;
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    
    my_kobj = kzalloc(sizeof(struct kobject), GFP_KERNEL);
    if (!my_kobj)
        return -ENOMEM;

    kobject_init(my_kobj, &my_ktype);

    err = kobject_add(my_kobj, NULL, "%s_kobj", "my");
    if (err) {
        printk("kobj_test init kobject_add error!\n");
        kobject_put(my_kobj);
        goto err;
    }

    err = sysfs_create_file(my_kobj, &my_attr.attr);
    if (err)
        printk("kobj_test_init, sysfs_create_file error!\n");

    
    err = sysfs_create_file(my_kobj, &your_attr.attr);
    if (err)
        printk("kobj_test_init, sysfs_create_file error!\n");

    return 0;

err:
    kobject_put(my_kobj);
    return err;
}


static void __exit kobj_test_exit(void)
{
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    sysfs_remove_file(my_kobj, &my_attr.attr);
    sysfs_remove_file(my_kobj, &your_attr.attr);
    kobject_del(my_kobj);
    kobject_put(my_kobj);
}

module_init(kobj_test_init);
module_exit(kobj_test_exit);
MODULE_AUTHOR("vector");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");


結果：

3.4 實例3

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/slab.h>


static struct kobject *my_kobj = NULL;


static ssize_t my_show(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
{
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    strcpy(buf, "my kobject show");
    return strlen("my kobject show");
}
static ssize_t my_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
    const char *buf, size_t count)
{
    printk("%s :in, %s!\n", __FUNCTION__, buf);
    return count;
}
static struct kobj_attribute my_attr =
    __ATTR(my, 0644, my_show, my_store);


static ssize_t your_show(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
{
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    strcpy(buf, "your kobject show");
    return strlen("your kobject show");
}
static ssize_t your_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
    const char *buf, size_t count)
{
    printk("%s :in, %s!\n", __FUNCTION__, buf);
    return count;
}
static struct kobj_attribute your_attr =
    __ATTR(your, 0644, your_show, your_store);


/*group way*/
static  struct attribute *kobject_attrs[] = {
    &my_attr.attr,
    &your_attr.attr,
    NULL,
};
static const struct attribute_group kobject_attr_group = {
    .attrs = kobject_attrs,
};


static int __init kobj_test_init(void)
{
    int err = 0;
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    
    my_kobj = kobject_create_and_add("my_kobj", NULL);
    if (!my_kobj)
        return -1;    
/*
    err = sysfs_create_file(my_kobj, &my_attr.attr);
    if (err)
        printk("kobj_test_init, sysfs_create_file error!\n");

    
    err = sysfs_create_file(my_kobj, &your_attr.attr);
    if (err)
        printk("kobj_test_init, sysfs_create_file error!\n");
*/

    err = sysfs_create_group(my_kobj, &kobject_attr_group);    
    if (err) {
        printk("failed to create kobject attr group!\n");
        goto err;
    }
    return 0;
err:
    kobject_put(my_kobj);
    return err;
}


static void __exit kobj_test_exit(void)
{
    printk("%s :in\n", __FUNCTION__);
    sysfs_remove_file(my_kobj, &my_attr.attr);
    sysfs_remove_file(my_kobj, &your_attr.attr);
    kobject_del(my_kobj);
    kobject_put(my_kobj);
}

module_init(kobj_test_init);
module_exit(kobj_test_exit);
MODULE_AUTHOR("vector");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

相關博客：
https://blog.csdn.net/Guet_Kite/article/details/78368928

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