内核设备模型从kobject到子系统

内核设备模型
目的：表示设备和设备在系统中的拓扑关系
优点：1减少内核代码量，2可以统一查看所有设备状态和所连接的总线，3可以联系好设备和其对应的驱动，或者驱动对应的设备。4可以按类型分类，可以沿着叶子节点方向向根节点访问来保证正确关闭设备电源（先关目的节点的所有子节点，再关闭该节点）

设备模型的样子：
已经被用数据结构抽象了一遍。用户的角度可以从sys目录鸟瞰内核中的设备模型关系
通常sys下打开的
一级目录是不同的类型的子系统，
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二级目录是在同一类型的目录集合
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三级目录是唯一的目录

内核中的样子 usb设备模型为例子
设备子系统
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usb集线器
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usb设备
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内核中抽象后的样子
设备子系统 （ kset x，kset a 。。。） subsystem
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usb集线器 （kobject b kobject a。。。）kset a
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usb设备 a kobject a
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设备抽象后所具有的功能：
可以区分设备类型：
字符设备，访问方式：访问设备节点，不可寻址；
miscdev简化的设备驱动
块设备， 访问方式：访问设备节点，可以寻址。（就是支持上次的lseek随机访问的方式）
网络设备，访问方式：套接字API，而非访问设备节点。
伪设备，随机数发生器，空设备，零设备，满设备。

设备模型有数据结构套路：准备好核心工作者kobject，把相同类型的kobject归到同一个车间kset工作，把不同车间的kset整合出一个子系统。

kobject ,他会是一个很好的设备看管员
1kobject对象给他所看管的设备保存着引用计数器， 没对这个设备对象引用时， 该对象将结束工作周期。该设备可以从内存中删除。
2sysfs中显示的目录对应着一个kobject，
3kobject对象有指定好paren他的上层节点，形成了不同kobject间的层次关系，维持车间kset中的层次列表（parent下面解释和kset的区别）
4 热插拔kobject子系统产生时间通知用户控件

kset 对象：看管员的管理者
1每个kobject被创建的时候基本都指定好了他们对应的kset，所以分类时自动会找到所属上层所属的kset。说到这里指只是给大家介绍下层次感。
2 将uevent，ktype的操作汇集到kset

subsystem子系统：
实际是kset和信号量的集合

打开数据结构，一些疑惑和介绍。
struct kobject {
const char *name;//名字
struct list_head entry;//作为父对象的链表节点
struct kobject *parent;//父对象
struct kset *kset;//属于哪个对象集合 （上层kset内有个自己的kobject）
struct kobj_type *ktype; //对象类型
struct sysfs_dirent *sd;//sysfs文件系统目录
struct kref kref;//引用
unsigned int state_initialized:1;//已经初始化
unsigned int state_in_sysfs:1;//已经加入sysfs文件系统
unsigned int state_add_uevent_sent:1;
unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
unsigned int uevent_suppress:1;
};

struct kset {
struct list_head list;//连接该kset中所有kobject的链表头
spinlock_t list_lock;
struct kobject kobj; //内嵌的kobject
const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;//处理热插拔事件的操作集合
};

struct kobj_type {
void (*release)(struct kobject *kobj);//释放kobject和其他占用资源的函数
const struct sysfs_ops *sysfs_ops;//操作属性的方法
struct attribute **default_attrs;//属性数组
const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};

1*kset; *ktype;既然说kset是相同类型的kobject的集合，为什么会说，ktype相同的kobject可能出现在不同的kset中？
kobject在创建后就指定好了自己所属于的kset，这些找到了kset的kobject的对象会把自身的kobj_type类型成员 ktype替换成目标kset的对象类型。kset的用自己的属性把所有来认自己的kobject都给刷了一遍，导致我们常说kset下是包含相同类型的看object的集合。
两个ktype不同的kobject，的确可以存在不同的kset中。只要他们不是指定同一个kset就可以了。
由于是kset的优先级高，导致了分类时，就按kobject对应的kobject来分的，如果创建好的kobject没有指定kset那就会用ktype看来指定。

2 都说kset和parent都是支持设备模型上下层次结构用的。两者有什么关系？
kset是ktype类型相同的处理对象聚集和集合。底层kobject中的kset指向上层的对应的kset，
parent是用来在sysfs分层中定位kobject对象的，parent指向了上层中的kobject，表示上一层节点。
联系:
a.默认kset是其下的kobject的parent。
在kobject加入到kset集合的链表前， 会检查下这个kobject是否有parent存在，如果不存在，那就不能在sysfs中找到这个kobject了，所以会让这个kobject的parent直接指向指定的kset层的kobject
parent = kobject_get(&kobj->kset->kobj);

b.kobject（也包括kset）的kset可能为空 比如/sys/bus/platform下的drivers kset和devices kset，虽然在用户空间看来platform作为kset包含了driver和device，实际不是。
kobject（也包括kset）的parent可能为空（树形结构顶级节点）
kobjectd 的parent不一定是包含他的kset

3 kobject相关介绍
kobject
kobject用于控制大型域对象的访问，通常是被别的struct包含了。
工作1：用来获取结构体入口，
字符设备cdev中有kobject成员，
经常看到 使用container_of(kp,strcut cdev, kobj); 宏定义来找cdev这个结构体的起始地址。
有个公式：绝对地址-相对与结构体起点的地址，得到结构体的起始地址。
#define container_of(ptr, type, member) ({ \
const typeof(((type *)0)->member) * __mptr = (ptr); \ ptr是内存中指向member成员hlist_head绝对地址
(type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); }) hlist_head 链表的节点， 减掉已经得到的节点位置，往前挪offsetof个位置就得到了

工作2：创建kobject，保管好引用计数器。
a.kobject初始化就是用menmset 先整个把kobject中的引用计数kref设置为0，再用kobject_init()把引用计数设置为1，
b.把kobject_set_name（）设置好名字好在sysfs目录显示
c.增加对kobject引用/减引用要注意返回值，kobject_get() kobject_put()
创建kobject_add()+ kobject_init() =kobject_register
删除 kobject_del + kobject_put = kobject_unregister
创建对cdev的引用 还是最终要调用对模块owner中kobject 的引用。失败则要释放引用计数module_put(owner)
d 发没引为0的通知。kobject的kref为0时没人知道kobject过得怎么样了，所以要变0前先异步通知大家， 用contariner获得包含kobject的类对象，接着kfree（对象） 有引用时，不能释放，因为不安全， 引用没释放完也不能释放。

4kset和ktype相关介绍
a.kset管理者一个链表要加入kobject成员， 先初始化kobject中的kset指向上层目标kset
b.管理kset的引用计数 kset_get() kset_put 增加和减少kset自带的kobject的引用计数，管理引用的原理基本和kobject一致
c.kset有名字，另外kset的ktype成员是实际上被使用的成员,也就是之前说的kset的类型覆盖底层的类型的那个ktype
d.析构相关的函数
ktype是真正的看管员，设备后来怎么样了，要怎么处理都是ktype在照看的，把对设备共同的操作从kobject中分离出来了。
release： 定好了kobject的ktype也就是定好了release函数指针

sysfs_ops：{（*show）(*kobj，*attr，*buffer） （*store）(*kobj，*attr，*buffer，size）}两个操作函数用户读属性，

调用show把指定值编码后放到缓冲区，实际长度作为返回值返回。或者所有kobject属性使用同一个show
store把保存在缓冲区中的数据解码，并返回实际解码的字节数，属性有写权限才能调用store注意取数据前验合法输入

attribute **default_attrs 最后一个元素必须用零填充。说明有什么属性。这个kobj_type 中的sysfs_ops提供方法实现attribute中的属性
这个attribute有*name属性名在sysfs中的名字，
module *owner指向模块的指针
mode属性保护位 S_IRUGO只读 S_IWUSR只给root写
修改属性，填一个attr 传给sysfs增删目录文件函数 sysfs_create_remove_file
sysfs属性传固件代码给内核，bin_attribute 里面有attribute size （*read） （*write）一次可以读写1页

5子系统相关介绍
内核提供了sysf子树上实际是已经被注册上去的各种kobject，和kobject集合的关系，上层通常是已经注册好的subsystem
sysfs下的子系统：
块设备子系统：对应sys/block，里面每个目录都对应一个已经注册的块设备
设备分层结构核心 ：对应sys/devices 系统中实际的设备拓扑。很重要哦，其他很多目录都是抄了他里面的层次
总线子系统：对应sys/bus 系统总线视图
设备节点子系统：对应sys/dev 已经注册的设备节点视图
固件子系统：对应sys/firmware 包含底层子系统的特殊树
文件子系统：对应sys/fs 已经注册的文件系统视图
内核子系统：对应sys/kernel 内核配置项和状态信息
模块子系统：对应sys/module 已加载模块的信息
电源子系统：对应sys/power 系统范围的电源管理数据
总线有两个ket，一个是总线的设备驱动集合， 一个是插在总线上的所有设备

设备和驱动程序的关系用新的指针，符号链接
int sysfs_create_link(struct kobject *kobj,struct kobject *target,char *name); 设置kobject和sysfs入口target的相对连接，
int sysfs_remove_link(struct kobject *kobj,char *name); 删除符号链接
子系统是对ket和信号的封装，每个keset必须属于一个子系统，rwsem信号量用于串行访问kset内部链表
sysfs和kobect关系就是用来kobect_add 那sysfs中就会有新的目录，目录名就是kobect的唯一名称，kobect的parent就是对应在sysfs中的入口位置，为NULL时在sysfs的最高层目录

6热插拔相关介绍：
热插拔事件，是内核空间发到用户空间的通知是系统配置变化了，插拔usb 用户控制台切换，磁盘分区都会有这事要报，
kobject_add 或kobkect_del调用后才真正产生这事件
kset中的hotplug_ops 中有指向struct kset_hotplug_ops结构体的指针，kset中没指定的kobject就要用parent指针找到一个包含kset的kobject，再使用这个kset的热插拔操作
内核要为指定的kobject产生事件都要调用fliter函数0不产生事件，让kset确定是否要发特定事件给用户控件 get_ktype知道事件类型
调用热插拔时相关子系统名*name作为唯一参数传递给它
热插拔的信息通过环境变量传递，提供添加环境变量的方法使用hotplug。

7类：
设备模型的类，是抽象底层的实现细节， 值关注提供的功能，基本上是在sys/class 目录下
类关心设备功能 总线跟踪设备，用户用设备的功能，设备用sysfs和用户空间通信