kernel管理的设备千差万别，但最终都归于统一设备模型的管理， 即sysfs，理解了sysfs，就可以管窥蠡豹，对整个DeviceDriver子系统有一个清晰的认识。sysfs的实质是以文件系统的形式展示内核中的Device Driver信息，因此，理解sysfs可以分为2个维度的问题：
- sysfs的Inside Tree的组织思想
- sysfs的Outside Tree的目录结构
本文主要讨论内部树的基础，kobject，kset和ktype的定义，联系及其常用API
kobject
list_head是内核所有链式存储数据结构的基础，可以看作这些struct的父类，基于同样的思想，在Device Driver Subsystem中， 这个全局父类的角色由kobject担任，当然，kobject本身也是一个list_head的子类。kobject为Device Driver管理的对象提供了最高层次的抽象，无论是Device对象还是Driver对象，都可以看作kobject的父类，sysfs通过kobject，就可以管理系统中所有的Device对象和Driver对象。
//include/linux/kobject.h
63 struct kobject {
64 const char *name;
65 struct list_head entry;
66 struct kobject *parent;
67 struct kset *kset;
68 struct kobj_type *ktype;
69 struct kernfs_node *sd;
70 struct kref kref;
71 #ifdef CONFIG_DEBUG_KOBJECT_RELEASE
72 struct delayed_work release;
73 #endif
74 unsigned int state_initialized:1;
75 unsigned int state_in_sysfs:1;
76 unsigned int state_add_uevent_sent:1;
77 unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
78 unsigned int uevent_suppress:1;
79 };
–64–>kobject对象的名字
–65–>kobject对象之间的连接件
–66–>该kobject对象的父kobject对象
–67–>该kobject所属的kset
–68–>该kobject附属的ktype
–69–>该kobject在sysfs中的形式，比如符号链接，目录以及属性等信息
–70–>引用计数成员，本质是一个原子变量，用于决定何时释放对象
–74–>1bit，如果该kobject对象已经被初始化，则为1
–75–>1bit，如果该kobject对象已经被添加到sysfs中，则为1
–76–>1bit，如果该kobject对象已经发送过uevent add事件到用户空间，则为1
–77–>1bit，如果该kobject对象已经发送过uevent remove事件到用户空间，则为1
–78–>1bit，如果该kobject对象”抑制”发送事件到用户空间，则为1
kobj_init()
//lib/kobject.c
314 void kobject_init(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype)
315 {
316 char *err_str;
...
333 kobject_init_internal(kobj);
334 kobj->ktype = ktype;
335 return;
340 }
//lib/kobject.c
187 static void kobject_init_internal(struct kobject *kobj)
188 {
189 if (!kobj)
190 return;
191 kref_init(&kobj->kref);
192 INIT_LIST_HEAD(&kobj->entry);
193 kobj->state_in_sysfs = 0;
194 kobj->state_add_uevent_sent = 0;
195 kobj->state_remove_uevent_sent = 0;
196 kobj->state_initialized = 1;
197 }
–334–>初始化ktype成员
–191–>初始化引用计数
–192–>初始化list_head连接件
–193-196–>初始化kobject状态
kobject_add()
添加kobject实例到内核数据结构的接口
//lib/kobject.c
382 int kobject_add(struct kobject *kobj, struct kobject *parent,
383 const char *fmt, ...)
384 {
385 va_list args;
386 int retval;
...
398 va_start(args, fmt);
399 retval = kobject_add_varg(kobj, parent, fmt, args);
400 va_end(args);
401
402 return retval;
403 }
343 static int kobject_add_varg(struct kobject *kobj, struct kobject *parent,
344 const char *fmt, va_list vargs)
345 {
346 int retval;
348 retval = kobject_set_name_vargs(kobj, fmt, vargs);
...
353 kobj->parent = parent;
354 return kobject_add_internal(kobj);
355 }
200 static int kobject_add_internal(struct kobject *kobj)
201 {
202 int error = 0;
203 struct kobject *parent;
213
214 parent = kobject_get(kobj->parent);
215
216 /* join kset if set, use it as parent if we do not already have one */
217 if (kobj->kset) {
218 if (!parent)
219 parent = kobject_get(&kobj->kset->kobj);
220 kobj_kset_join(kobj);
221 kobj->parent = parent;
222 }
228
229 error = create_dir(kobj);
230 if (error) {
...
245 } else
246 kobj->state_in_sysfs = 1;
248 return error;
249 }
–382–>给kobject命名的格式字符串
–348–>初始化kobject->name成员
–353–>初始化kobject->parent成员
–214–>将kobject->parent的引用计数，同时暂存kobject->parent
–219–>将kobject的parent设为kset->kobj
–220–>kobj->kset引用计数+1，将kobj通过kobj->entry链接到kobj->kset->list队列尾，入队用spinlock
–221–>初始化kobject->parent
–229–>在sysfs下创建相应目录
–246–>如果sysfs目录创建成功，设置kobject标志位
kobject_uevent()
当在一个kobject发生某些事件，希望上报uevent事件到用户空间的时候，就需要调用这个函数，
这个函数是对kobject_uevent_env()的再次封装。
uevent事件的本质将一组环境变量值封装到kobj_uevent_env并通过netlink或udevhelper来发送给用户空间
支持的事件如下：
//include/linux/kobject.h
53 enum kobject_action {
54 KOBJ_ADD,
55 KOBJ_REMOVE,
56 KOBJ_CHANGE,
57 KOBJ_MOVE,
58 KOBJ_ONLINE,
59 KOBJ_OFFLINE,
60 KOBJ_MAX
61 };
–54–>一个kobject对象被添加到内核，比如hotpulg一个设备
–55–>一个kobject对象从内核被移除，比如hotunplug一个设备
–56–>一个kobject对象的属性发生了改变，eg, hd_part分区表发生了改变
–57–>一个kobject对象的位置发生了改变，或者设备名发生了改变
–58-59–>一个kobject对象在线/离线，比如一个CPU
–60–>不是一个事件，仅表示事件的个数
//include/linux/kobject.h
123 struct kobj_uevent_env {
124 char *argv[3];
125 char *envp[UEVENT_NUM_ENVP];
126 int envp_idx;
127 char buf[UEVENT_BUFFER_SIZE];
128 int buflen;
129 };
–124–>XXX
–125–>每一对KV的起始地址，UEVENT_NUM_ENVP==32，即一共最多32对KV
–126–>每增加一对KV，envp_idx++，所以这个域表示当前对象中的KV对个数
–127–>存储所有KV的buf，一共2048个字节，环境信息使用”KV键值对”的形式表示，所有的KV对都被封装在同一个buf中，使用”\0”分隔。
–128–>实际使用的buf长度
//lib/kobject_uevent.c
164 int kobject_uevent_env(struct kobject *kobj, enum kobject_action action,
165 char *envp_ext[])
166 {
167 struct kobj_uevent_env *env;
168 const char *action_string = kobject_actions[action];
169 const char *devpath = NULL;
170 const char *subsystem;
171 struct kobject *top_kobj;
172 struct kset *kset;
173 const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
174 int i = 0;
175 int retval = 0;
176 #ifdef CONFIG_NET
177 struct uevent_sock *ue_sk;
178 #endif
179
180 pr_debug("kobject: '%s' (%p): %s\n",
181 kobject_name(kobj), kobj, __func__);
182
183 /* search the kset we belong to */
184 top_kobj = kobj;
185 while (!top_kobj->kset && top_kobj->parent)
186 top_kobj = top_kobj->parent;
187
188 if (!top_kobj->kset) {
192 return -EINVAL;
193 }
194
195 kset = top_kobj->kset;
196 uevent_ops = kset->uevent_ops;
197
198 /* skip the event, if uevent_suppress is set*/
199 if (kobj->uevent_suppress) {
203 return 0;
204 }
205 /* skip the event, if the filter returns zero. */
206 if (uevent_ops && uevent_ops->filter)
207 if (!uevent_ops->filter(kset, kobj)) {
211 return 0;
212 }
213
214 /* originating subsystem */
215 if (uevent_ops && uevent_ops->name)
216 subsystem = uevent_ops->name(kset, kobj);
217 else
218 subsystem = kobject_name(&kset->kobj);
219 if (!subsystem) {
223 return 0;
224 }
225
226 /* environment buffer */
227 env = kzalloc(sizeof(struct kobj_uevent_env), GFP_KERNEL);
230
231 /* complete object path */
232 devpath = kobject_get_path(kobj, GFP_KERNEL);
237
238 /* default keys */
239 retval = add_uevent_var(env, "ACTION=%s", action_string);
242 retval = add_uevent_var(env, "DEVPATH=%s", devpath);
245 retval = add_uevent_var(env, "SUBSYSTEM=%s", subsystem);
248
249 /* keys passed in from the caller */
250 if (envp_ext) {
251 for (i = 0; envp_ext[i]; i++) {
252 retval = add_uevent_var(env, "%s", envp_ext[i]);
255 }
256 }
257
258 /* let the kset specific function add its stuff */
259 if (uevent_ops && uevent_ops->uevent) {
260 retval = uevent_ops->uevent(kset, kobj, env);
267 }
275 if (action == KOBJ_ADD)
276 kobj->state_add_uevent_sent = 1;
277 else if (action == KOBJ_REMOVE)
278 kobj->state_remove_uevent_sent = 1;
279
280 mutex_lock(&uevent_sock_mutex);
281 /* we will send an event, so request a new sequence number */
282 retval = add_uevent_var(env, "SEQNUM=%llu", (unsigned long long)++uevent_seqnum);
288 #if defined(CONFIG_NET)
289 /* send netlink message */
290 list_for_each_entry(ue_sk, &uevent_sock_list, list) {
291 struct sock *uevent_sock = ue_sk->sk;
292 struct sk_buff *skb;
293 size_t len;
294
295 if (!netlink_has_listeners(uevent_sock, 1))
296 continue;
297
298 /* allocate message with the maximum possible size */
299 len = strlen(action_string) + strlen(devpath) + 2;
300 skb = alloc_skb(len + env->buflen, GFP_KERNEL);
301 if (skb) {
302 char *scratch;
303
304 /* add header */
305 scratch = skb_put(skb, len);
306 sprintf(scratch, "%s@%s", action_string, devpath);
307
308 /* copy keys to our continuous event payload buffer */
309 for (i = 0; i < env->envp_idx; i++) {
...
313 }
314
315 NETLINK_CB(skb).dst_group = 1;
316 retval = netlink_broadcast_filtered(uevent_sock, skb,0, 1, GFP_KERNEL,kobj_bcast_filter,kobj);
322 retval = 0;
323 } else
324 retval = -ENOMEM;
325 }
326 #endif
327 mutex_unlock(&uevent_sock_mutex);
328
329 #ifdef CONFIG_UEVENT_HELPER
...
354 #endif
355
356 exit:
359 return retval;
360 }
–185–>逐级向上，直到找到kobject对象的kset或已经没有parent了
–188–>对上一级的结果进行判断，如果最终是没有kset，返回错误
–195-196–>保存kset及其kset_uevent_ops
–198-226–>逐项检查是否具备发送uevent条件
–198–>如果uevent_suppress位被设置，则直接返回
–206–>如果所属的kset->kset_uevent_ops->filter()返回0，则直接返回
–215–>试图获取所属的kset的name作为subsystem的名字，获取失败则使用kobject本身的name
–216–>具备发送uevent条件，分配env buf
–232–>获取kobject路径，即在sysfs中的位置
–238-245–>env->buf中填入ACTION、DEVPATH、SUBSYSTEM的key及其value
–250–>调用者自定义的KV值
–259–>添加所属kset的相关信息
–275–>如果ACTION是ADD或REMOVE，要对kobject中的相应bit置位
–282–>填入SEQNUM的key及其value，这个值是事件序号
–288–>env在前文已经准备就绪，如果系统中使用netlink，就在这里发送uevent事件
–290–>遍历所有注册到系统中的netlink_socket
–295–>如果没有进程监视这个netlink_sock，continue
–300–>分配skbuf接收环境变量
–316–>广播这个skbuf，listener将会侦听到这个netlink_message
–329–>对于使用uevent_helper机制的内核，在这里向用户空间上报uevent
综上，有以下情况不会上报uevent事件：
- kobjetc->uevent_suppress为1
- kset->filter()返回0
- NULL==kset->name
- kset->name()返回NULL。
kset
在sysfs中，用户空间看到一个目录对应内核空间的一个kobject对象，一个文件对应kobject的一个关联attribute(ktype)，kset是对kobject的封装。
//include/linux/kobject.h
167 struct kset {
168 struct list_head list;
169 spinlock_t list_lock;
170 struct kobject kobj;
171 const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
172 };
–168–>kset对象和它附属的所有kobject对象的连接件
–169–>操作附属kobject需要的锁
–170–>内嵌的kobject，附属的kobject的parent指向kset的kobject，通过kobject对象之间的parent-child关系组织成属性结构供sysfs使用(其实与kset无关)
–171–>针对该kset附属的所有的kobject，一旦有事件发生(eg，add or remove)都会调用这个接口，eg. 这个接口可以影响热插拔上报到用户空间的表现
ktype
kobj_type用来表征一个kobject对象的”类型”
//include/linux/sysfs.h
184 struct sysfs_ops {
185 ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *, char *);
186 ssize_t (*store)(struct kobject *, struct attribute *, const char *, size_t);
187 };
//include/linux/kobject.h
115 struct kobj_type {
116 void (*release)(struct kobject *kobj);
117 const struct sysfs_ops *sysfs_ops;
118 struct attribute **default_attrs;
119 const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
120 const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
121 };
–116–>附属到的kobject被释放时回调的方法
–117–>读写相应kobject时回调的方法，读->show，写->store
–118–>该kobj_type默认的属性，每一个属性都对应到用户空间sysfs下的一个文件，都可以有自己的show/store方法(也可以没有)，存储在container_of(attribute, struct kobj_attribute,attr)的kobj_attribute中。通常一个ktype都不是一个属性，所以是二级指针，实际中使用的常常是结构体指针数组。
__ATTR()
构造kobj_type的核心是构造”kobj_attribute”。如前文所述，内核提供了一组API来供我们快速的构造kobj_attribute并与kobject(实质为kobject->ktype)绑定，这种绑定会直接体现在sysfs文件系统中， 关于syfs的构造， 将是另外一篇文章要讨论的内容
//include/linux/sysfs.h 75 __ATTR(_name, _mode, _show, _store) 82 __ATTR_PREALLOC(_name, _mode, _show, _store) 89 __ATTR_RO(_name) 94 __ATTR_WO(_name) 99 __ATTR_RW(_name) 105 __ATTR_IGNORE_LOCKDEP(_name, _mode, _show, _store) 115 __ATTRIBUTE_GROUPS(_name) 121 ATTRIBUTE_GROUPS(_name) 125 __ATTRIBUTE_GROUPS(_name)
–75–125–>这些宏用于快速构造attribute结构体
最后, 附一张全图:
