linux 内核结构基础

1.linux 的 kobj(struct kobject) 类

kobj 是 linux 下的高级抽象类定义，用于派生所有其余的类定义,比如设备类定义struct device.

struct kobject 定义在 include/linux/kobject.h 文件中：

struct kobject {
	const char		*name;
	struct list_head	entry;
	struct kobject		*parent;
	struct kset		*kset;
	struct kobj_type	*ktype;
	struct kernfs_node	*sd; /* sysfs directory entry */
	struct kref		kref;
#ifdef CONFIG_DEBUG_KOBJECT_RELEASE
	struct delayed_work	release;
#endif
	unsigned int state_initialized:1;
	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;
};

kobj 成员说明：

2.linux 中的 kset

kset 用于集合一系列相似的 kobj(类比某根目录？), 原型如下：

struct kset {
	struct list_head list;
	spinlock_t list_lock;
	struct kobject kobj;
	const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
} __randomize_layout;

kset 是一个特殊的 kobj，成员说明如下：

比如 /sys/bus/ 存在多个总线，bus 就属于一个 kset？

比如 /sys/class/ 存在多个 class,class 也属于一个 kset?

(似乎是的)

那么猜测： kset 用于表示 /sys/ 目录下的一级目录。

3. linux 下的 ktype (kobj_type 类)

ktype 用于实现 kobj 的一些特殊操作，比如释放 kobj 空间。

原型如下：

struct kobj_type {
	void (*release)(struct kobject *kobj);
	const struct sysfs_ops *sysfs_ops;
	struct attribute **default_attrs;	/* use default_groups instead */
	const struct attribute_group **default_groups;
	const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
	const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
	void (*get_ownership)(struct kobject *kobj, kuid_t *uid, kgid_t *gid);
};

最重要的 release 函数指针，用于释放 kobj空间。

sysfs_ops 用于访问当前 kobj 的属性文件。

/**
 * 作为 kobj_type 的成员，用于访问该内核对象下的属性文件的通用读写操作，而实际的属性读写函数，由驱动实现。
 * 一般用于内核层，比如内核总线、class 的属性访问方法，会调用实际总线、class 实现的属性访问方法
 */
struct sysfs_ops {
	ssize_t	(*show)(struct kobject *, struct attribute *, char *);
	ssize_t	(*store)(struct kobject *, struct attribute *, const char *, size_t);
};

struct attribute **default_attrs 为属性指针数组，该数组保存一系列的属性指针。

/* 内核文件的属性，一个属性对应一个文件 */
/**
 * 这是通用的属性对象，使用时会对该对象进行封装，比如总线属性，设备属性，一般会根据实际情况封装属性文件的读写方法。 
 */
struct attribute {
	const char		*name;
	umode_t			mode;
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
	bool			ignore_lockdep:1;
	struct lock_class_key	*key;
	struct lock_class_key	skey;
#endif
};

还存在一个 struct attribute_group 类，用于存储一组属性，但用法没有研究透。

struct attribute_group {
	const char		*name;
	umode_t			(*is_visible)(struct kobject *,
					      struct attribute *, int);
	umode_t			(*is_bin_visible)(struct kobject *,
						  struct bin_attribute *, int);
	struct attribute	**attrs;
	struct bin_attribute	**bin_attrs;
};

代码分析：根据 sysfs_create_groups() 函数实现，如果 struct attribute_group name 成员实现，那么会在指定的 kobj 对象下另建一个 group 目录，并在 group 目录下创建所有的可见属性文件。

4. kobj 的使用理解

kobj 大多时候是嵌入到高级数据结构中，比如设备定义 struct device 中。

这些高级数据结构一般是动态分配的，当内嵌的 kobj 的引用计数 kref 减为 0 时，需要释放高级数据结构所占内存，以及对应的 kobj 内存。

此时，需要使用 kobj 中 ktype 定义的 release 函数指针。

所以，每一个包含 kobj 的高级数据结构，都必须实现所属的 ktype。

基于面向对象编程的思想，系统用户看到的只有 kobj，而不会看到驱动相关的数据结构。

以访问 /sys/ 下的文件举例, 基于一切皆文件的思想，linux 用户向/sys访问 kobj 的流程如下：

以访问字符设备 /dev/tty0举例, 基于一切皆文件的思想，linux 用户向/dev/tty0访问 kobj 的流程如下：

kobj 是系统内核能访问的最底层数据结构，其余结构都是对 kobj 的再封装。

Linux应用层访问驱动自定义class属性流程如下：

应用层到系统内核层：

1. 应用层使用 open/read/write/close 访问某一文件系统的文件, 系统调用；

2. Kernfs 层根据文件系统类型调用文件系统的驱动，并获取当前文件的 knode 结构，文件的 knode 结构是对 kobj 的再封装（knode 对象与 kobj 对象相互引用）；

3. Sysfs 层会通过 knode 结构获取 kobj 结构，并调用文件(属性)的读/写；

4. Kobj 层会调用属性访问驱动将对应属性传递到 class 层；

驱动层:

驱动层会自定义 class 属性，并定义属性访问函数；实现驱动变量的控制

1. Class 层接收内核层对某一属性的读写访问，实现由应用层来控制驱动变量的值，控制驱动行为。

2. 驱动根据属性变量值，做出不同的行为。

注意：

1. 每一个驱动自定义 class 属性都会生成一个文件，通过调用 class_create_file(）。
2. class 层是对 kobj 的封装层，源码比较容易理解.