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Linux设备驱动程序系列（二） 字符设备驱动程序（2）

2011-03-28 21:29 447 查看
前几天回家转了转，跟爸妈聊到深夜，嗬嗬，最后爸妈推荐了一部电视剧《青春期撞上更年期》，所以回来以后，电视剧就开看啦，不过我觉得这不算是浪费时间吧，好的电视剧能给人不少感悟、感动和成长。

下面开始继续我的笔记···



上次写到structcdev，这次接着从structkobject开始记录：

Linux2.6引入新的设备管理机制kobject，通过这个数据结构使所有的设备在底层都具有统一的接口，kobject提供基本的对象管理，是构成Linux2.6设备模型的核心结构，它与sysfs文件系统紧密关联，每个在内核中注册的kobject对象都对应与sysfs文件系统的一个目录。多花一些时间来研究kobject是十分有意义的工作。下面我仔细研究了一下：

Kobject通常通过kset组织成层次化的结构，kset是具有相同类型的kobject的集合。在Linux2.6.30内核

linux/include/linux/kobject.h中查看structkobject结构体的实现如下：

1:structkobject{

2:constchar*name;//名称

3:structlist_headentry;

4:structkobject*parent;//父指针

5:structkset*kset;//kobject对象的集合体

6:structkobj_type*ktype;//kobject对象被关联到的一种特殊的类型

7:structsysfs_dirent*sd;

8:structkrefkref;//引用计数通过此结构体实现的

9:unsignedintstate_initialized:1;

10:unsignedintstate_in_sysfs:1;

11:unsignedintstate_add_uevent_sent:1;

12:unsignedintstate_remove_uevent_sent:1;

13:unsignedintuevent_suppress:1;

14:};

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.structkobject所处理的任务和它的支持代码现在包括:



对象的引用计数


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.



sysfs表示


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.



数据结构粘和


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.



热插拔事件处理


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.

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.摘自——《Linux设备驱动程序（第三版）》361页

在我们进入细节前,值得花些时间理解如何使用kobjects.而且过程中会发现很多有意思的东西。如果你看被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。

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。（看到这大家可能有点糊涂，怀疑C语言真的有这么厉害么？其实C语言真的很厉害，以前我看过一本《C算法》（第一卷）的书，很棒，里面有很多实例都是用C语言实现面向对象编程。）

在上一篇记录中有一个十分关键的结构体：

1:structcdev{

2:structkobjectkobj;

3:structmodule*owner;//所属模块

4:conststructfile_operations*ops;

5://文件操作结构，在写驱动时，其结构体内的大部分函数要被实现

6:structlist_headlist;

7:dev_tdev;//设备号，int类型，高12位为主设备号，低20位为次设备号

8:unsignedintcount;

9:};




从中可以看到，里面嵌入了kobject结构体，如果需要使用该结构体，只需要访问kobject成员就能获得嵌入的kobject对象。但是我们在使用kobject代码时经常遇到相反的问题：对于给定的一个kobject指针，如何获取包含它的结构体指针呢？必然要抛弃一些比较简单的想法（比如你假设kobject处于包含其结构体的开始位置），此时怎么办呢？Linux黑客们帮我们写了一个十分给力的宏，也许学C语言的时候，你还没发现宏的好处，这里我们研究一下这个有意思的宏：container_of宏。

在linux内核中经常用到container_of，它被定义在：

linux/include/linux/kernel.h中，原型为：

1./**

2.*container_of-castamemberofastructureouttothecontainingstructure

3.*@ptr:thepointertothemember.

4.*@type:thetypeofthecontainerstructthisisembeddedin.

5.*@member:thenameofthememberwithinthestruct.

6.*

7.*/

8.#definecontainer_of(ptr,type,member)({/

9.consttypeof(((type*)0)->member)*__mptr=(ptr);/

10.(type*)((char*)__mptr-offsetof(type,member));})



指针ptr指向结构体type中的成员member；通过指针ptr，返回结构体type的起始地址。
这个宏一看就很厉害吧，下***体说说实现的原理。

type
|-----------------|
||
||
|-----------------|
ptr-->|member---------|
|-----------------|
||
||
其中offsetof宏定义在[include/linux/stddef.h]中定义为：

1:1.#defineoffsetof(TYPE,MEMBER)((size_t)&((TYPE*)0)->MEMBER)


这里，要说明的是，((size_t)&((TYPE*)0)->MEMBER)把0地址转化为TYPE结构的指针，然后获取该结构中MEMBER成员的指针，并将其强制转换为size_t类型。于是，由于结构从0地址开始定义，因此，这样求出的MEMBER成员地址，实际上就是它在结构中的偏移量。

分析可知__mptr指向的是一个type结构里typeof(((type*)0)->member)类型member成员的指针，offsetof(type,member)是这个成员在结构中的偏移，单位是字节，所以为了计算type结构的起始地址，__mptr减去它自己的偏移。

至此应该明白这个宏的意思了，它十分关键，以后将常常使用。以后要讲的open函数中就将使用这个宏。

下面看下structktype结构体：

1:structkobj_type{

2:void(*release)(structkobject*kobj);//kobject引用计数减至0时要调用的析构函数

3:structsysfs_ops*sysfs_ops;//描述了sysfs文件读写时的特性

4:structattribute**default_attrs;//定义了该kobject相关的默认属性

5:};


而structkset的实现如下：

1:structkset{

2:structlist_headlist;//连接该集合（kset）中所有kobject对象

3:spinlock_tlist_lock;

4:structkobjectkobj;//该集合的基类

5:structkset_uevent_ops*uevent_ops;//uevent相关操作

6:};




看完主要的kobject的相关结构体，下面接着看kobject的常用的管理与操作：

voidkobject_init(structkobject*kobj,structkobj_type*ktype);


该函数用来初始化kobject，初始化并设置名称后，还需要为它设置kset和ktype字段。

kobject的引用计数：

主要有两个函数：

structkobject*kobject_get(structkobject*kobj)；//增加一个引用计数


voidkobject_put(structkobject*kobj);//减少引用计数






回宿舍了此篇明天接着写·····



最后插入一段有意思的东西，大家应该写程序都写很久了，下面我说一个很简单的问题，这个问题就是写文章的时候，教研室的同学问的：

一个char类型的变量A，现在存值为255，用double类型强制转换以后A的值为多少？为什么？

就是提醒大家一下，学多了，也别忘了最基础的知识！
                                            

                                        

                        
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