Linux设备模型之一:Class
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1. 概述
在设备模型中,Bus、Device、Device driver等等,都比较好理解,因为它们对应了实实在在的东西,所有的逻辑都是围绕着这些实体展开的。而本文所要描述的Class就有些不同了,因为它是虚拟出来的,只是为了抽象设备的共性。
举个例子,一些年龄相仿、需要获取的知识相似的人,聚在一起学习,就构成了一个班级(Class)。这个班级可以有自己的名称(如295),但如果离开构成它的学生(device),它就没有任何存在意义。另外,班级存在的最大意义是什么呢?是由老师讲授的每一个课程!因为老师只需要讲一遍,一个班的学生都可以听到。不然的话(例如每个学生都在家学习),就要为每人请一个老师,讲授一遍。而讲的内容,大多是一样的,这就是极大的浪费。
设备模型中的Class所提供的功能也一样了,例如一些相似的device(学生),需要向用户空间提供相似的接口(课程),如果每个设备的驱动都实现一遍的话,就会导致内核有大量的冗余代码,这就是极大的浪费。所以,Class说了,我帮你们实现吧,你们会用就行了。
这就是设备模型中Class的功能,再结合内核的注释:A class is a higher-level view of a device that abstracts out low-level implementa ti on det ai ls(include/ linux /device.h line326),就容易理解了。
2. 数据结构描述
2.1 struct class
struct class是class的抽象,它的定义如下:
1: /* include/linux/device.h, line 332 */
2: struct class {
3: const char *name;
4: struct module *owner;
5:
6: struct class_attribu te *class_att rs ;
7: struct device_attribute *dev_attrs;
8: struct bin_attribute *dev_bin_attrs;
9: struct kobject *dev_kobj;
10:
11: int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
12: char *(*devnode)(struct device *dev, umode_t *mode);
13:
14: void (*class_release)(struct class *class);
15: void (*dev_release)(struct device *dev);
16:
17: int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
18: int (*resume)(struct device *dev);
19:
20: const struct kobj_ns_type_opera TI ons *ns_type;
21: const void *(*namespace)(struct device *dev);
22:
23: const struct dev_pm_ops *pm;
24:
25: struct subsys_private *p;
26: };
其实struct class和struct bus很类似,解释如下:
name,class的名称,会在“/sys/class/”目录下体现。
class_atrrs,该class的默认attribute,会在class注册到内核时,自动在“/sys/class/xxx_class”下创建对应的attribute文件。
dev_attrs,该class下每个设备的attribute,会在设备注册到内核时,自动在该设备的sysfs目录下创建对应的attribute文件。
dev_bin_attrs,类似dev_attrs,只不过是二进制类型attribute。
dev_kobj,表示该class下的设备在/sys/dev/下的目录,现在一般有char和block两个,如果dev_kobj为NULL,则默认选择char。
dev_uevent,当该class下有设备发生变化时,会调用class的uevent回调函数。
class_release,用于release自身的回调函数。
dev_release,用于release class内设备的回调函数。在device_release接口中,会依次检查Device、Device Type以及Device所在的class,是否注册release接口,如果有则调用相应的release接口release设备指针。
p,和“Linux设备模型(6)_Bus”中struct bus结构一样,不再说明。
2.2 struct class_interface
struct class_interface是这样的一个结构:它允许class driver在class下有设备添加或移除的时候,调用预先设置好的回调函数(add_dev和remove_dev)。那调用它们做什么呢?想做什么都行(例如修改设备的名称),由具体的class driver实现。
该结构的定义如下:
1: /* include/linux/device.h, line 434 */
2: struct class_interface {
3: struct list_head node;
4: struct class *class;
5:
6: int (*add_dev) (struct device *, struct class_interface *);
7: void (*remove_dev) (struct device *, struct class_interface *);
8: };
3. 功能及内部逻辑解析
3.1 class的功能
看完上面的东西,蜗蜗依旧糊里糊涂的,class到底提供了什么功能?怎么使用呢?让我们先看一下现有Linux系统中有关class的状况(这里以input class为例):
root@ android :/ # ls /sys/class/input/ -l
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 03:39 event0 -> ../../devices/platform/ i2c -g pi o.17/i2c-17/17-0066/max77693-muic/input/input0/event0
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 03:39 event1 -> ../../devices/platform/gpio-keys.0/input/input1/event1
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 03:39 event10 -> ../../devices/virtual/input/input10/event10
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 03:39 event2 -> ../../devices/platform/s3c2440-i2c.3/i2c-3/3-0048/input/input2/event2
…
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 03:39 event8 -> ../../devices/platform/soc-audio/sound/card0/input8/event8
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 03:39 event9 -> ../../devices/platform/i2c-gpio.8/i2c-8/8-0020/input/input9/event9
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 03:39 input0 -> ../../devices/platform/i2c-gpio.17/i2c-17/17-0066/max77693-muic/input/input0
…
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 03:39 mi ce -> ../../devices/virtual/input/mice
root@android:/ # ls /sys/devices/platform/s3c2440-i2c.3/i2c-3/3-0048/input/input2/event2/ -l
-r--r--r-- root root 4096 2014-04-23 04:08 dev
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 04:08 device -> ../../input2
drwxr-xr-x root root 2014-04-23 04:08 power
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 04:08 subsystem -> ../../../../../../../../class/input
-rw-r--r-- root root 4096 2014-04-23 04:08 uevent
root@android:/ # ls /sys/devices/virtual/input/mice/ -l
-r--r--r-- root root 4096 2014-04-23 03:57 dev
drwxr-xr-x root root 2014-04-23 03:57 power
lrwxrwxrwx root root 2014-04-23 03:57 subsystem -> ../../../../class/input
-rw-r--r-- root root 4096 2014-04-23 03:57 uevent
看上面的例子,发现input class也没做什么实实在在的事儿,它(input class)的功能,仅仅是:
在/sys/class/目录下,创建一个本class的目录(input)
在本目录下,创建每一个属于该class的设备的符号链接(如,把“sys/devices/platform/s3c2440-i2c.3/i2c-3/3-0048/input/input2/event2”设备链接到”/sys/class/input/event2”),这样就可以在本class目录下,访问该设备的所有特性(即attribute)
另外,device在sysfs的目录下,也会创建一个subsystem的符号链接,链接到本class的目录
算了,我们还是先分析一下Class的核心逻辑都做了哪些事情,至于class到底有什么用处,可以在后续具体的子系统里面(如input子系统),更为细致的探讨。
3.2 class的注册
class的注册,是由__class_register接口(它的实现位于"drivers/base/class.c, line 609")实现的,它的处理逻辑和bus的注册类似,主要包括:
为class结构中的struct subsys_private类型的指针(cp)分配空间,并初始化其中的字段,包括cp->subsys.kobj.kset、cp->subsys.kobj.ktype等等
调用kset_register,注册该class(回忆“Linux设备模型(6)_Bus”中的描述,一个class就是一个子系统,因此注册class也是注册子系统)。该过程结束后,在/sys/class/目录下,就会创建对应该class(子系统)的目录
调用add_class_attrs接口,将class结构中class_attrs指针所指向的attribute,添加到内核中。执行完后,在/sys/class/xxx_class/目录下,就会看到这些attribute对应的文件
3.3 device注册时,和class有关的动作
在"Linux设备模型(5)_device和device driver”中,我们有讲过struct device和struct device_driver这两个数据结构,其中struct device结构会包含一个struct class指针(这从侧面说明了class是device的集合,甚至,class可以是device的driver)。当某个class driver向内核注册了一个class后,需要使用该class的device,通过把自身的class指针指向该class即可,剩下的事情,就由内核在注册device时处理了。
本节,我们讲一下在device注册时,和class有关的动作:
device的注册最终是由device_add接口(drivers/base/core.c)实现了,该接口中和class有关的动作包括:
调用device_add_class_symlinks接口,创建3.1小节描述的各种符号链接,即:在对应class的目录下,创建指向device的符号链接;在device的目录下,创建名称为subsystem、指向对应class目录的符号链接
调用device_add_attrs,添加由class指定的attributes(class->dev_attrs)
如果存在对应该class的add_dev回调函数,调用该回调函数
4. 结束语
其实在这篇文章结束后,蜗蜗依旧没有弄清楚class在内核到底是怎么使用的。不过没关系,在后续的子系统的分析中(如input子系统、RTC子系统等),我们会看到很多class的使用用例。到时候,再回过头总结,就会很清楚了。