Linux驱动模型(四)-核心对象之演绎

话说kboject是驱动模型的核心对象,但在sysfs文件系统中似乎并没有对应的项,而这种看似“无”,实际上蕴藏着“有”。
这“有”从何说起。回想文件系统中的核心对象“索引节点(indoe)”和目录项“dentry
Inode与文件系统中的一个文件相对应(而实际上,只有文件被访问时,才在内存创建索引节点)。
Dentry每个路径中的一个分量,例如路径/bin/ls,其中/ bin ls三个都是目录项,只是前两个是目录,而最后一个是普通文件。也就是说,目录项目录项或者是一子目录,或者是一个文件。
从上面的定义可以看出,indoedentry谁的包容性更大?当然是dentry
那么,kobjectdentry有何关系?由此我们可以推想,把dentry作为kobject中的一个字段,恍然间,kobject变得强大起来了。何谓“强大“,因为这样以来,就可以方便地将kobject映射到一个dentry上,也就是说,kobject/sys下的任何一个目录或文件相对应了,进一步说,把kobject导出形成文件系统就变得如同在内存中构建目录项一样简单。由此可知,kobject其实已经形成一棵树了。这就是以隐藏在背后的对象模型为桥梁,将驱动模型和sysfs文件系统全然联系起来。由于kobject被映射到目录项,同时对象模型层次结构也已经在内存形成一个树,因此sysfs的形成就水到渠成了。
既然kobject要形成一颗树,那么其中的字段就要有parent,以表示树的层次关系;另外,kobject不能是无名氏,得有name字段,按说,目录或文件名并不会很长,但是,sysfs文件系统为了表示对象之间复杂的关系,需要通过软链接达到,而软链接常常有较长的名字,通过以上的分析,目前可以得知kobject对象包含的字段有:

struct kobject {      char       *k_name;  /*长名字*/  

                    char        name[kOBJ_NAME _LEN]; /* 短名字*/                         struct kobject   *parent; /* 表示对象的层次关系*/                 struct dentry     *dentry; /*表示sysfs中的一个目录项 */};

分析到这里,似乎已经知道kobject说包含的字段了,但且慢,查看kobject.h头文件,看到它还包含以下字段:

struct kobject {        struct kref             kref;
                      struct list_head        entry;
                      struct kset             *kset;
                      struct kobj_type        *ktype;};
  这四个字段,每一个都是结构体,其中struct list_head是内核中形成双向链表的基本结构,而其他三个结构体存在的理由是什么?

1.    引用计数kref  
kobject的主要功能之一就是为我们提供了一个统一的引用计数系统,为什么说它具有“统一”的能力?那是因为kobject是“基”对象,就像大厦的基地,其他对象(如devic,bus,class,device_driver等容器)都将其包含,以后,其他对象的引用技术继承或封装kobject的引用技术就可以了。
初始化时,kobject的引用计数设置为1。只要引用计数不为零,那么该对象就会继续保留在内存中,也可以说是被“钉住”了。任何包含对象引用的代码首先要增加该对象的引用计数,当代码结束后则减少它的引用计数。增加引用计数称为获得(getting)对象的引用,减少引用计数称为释放(putting)对象的引用。当引用计数跌到零时,对象便可以被销毁,同时相关内存也都被释放。
增加一个引用计数可通过koject_get()函数完成:
struct kobject * kobject_get(struct kobject *kobj);该函数正常情况下将返回一个指向kobject的指针,如果失败则返回NULL指针;
减少引用计数通过kobject_put()完成:
void kobject_put(struct kobject *kobj);如果对应的kobject的引用计数减少到零,则与该kobject关联的ktype中的析构函数将被调用。 我们深入到引用计数系统的内部去看,会发现kobject的引用计数是通过kref结构体实现的,该结构体定义在头文件<linux/kref.h>中:
struct kref {        atomic_t refcount;};其中唯一的字段是用来存放引用计数的原子变量。那为什么采用结构体?这是为了便于进行类型检测。在使用kref前,必须先通过kref_init()函数来初始化它:
void kref_init(struct kref *kref){        atomic_set(&kref->refcount, 1);}
    正如你所看到的,这个函数简单的将原子变量置1,所以kref一但被初始化,它表示的引用计数便固定为1
    开发者现在不必在内核代码中利用atmoic_t类型来实现其自己的引用计数。对开发者而言,在内核代码中最好的方法是利用kref类型和它相应的辅助函数,为自己提供一个通用的、正确的引用计数机制。
上述的所有函数定义与声明分别在在文件lib/kref.c和文件<linux/kref.h>中。
2.    共同特性的ktype

如上所述,kobject是一个抽象而基本的对象。对于一族具有共同特性的kobject,就是用ktype来描述:
struct kobj_type {      
         void (*release)(struct kobject *);
        struct sysfs_ops        *sysfs_ops;
        struct attribute        **default_attrs;};
   定义于头文件<linux/kobject.h>中。
   release指针指向在kobject引用计数减至零时要被调用的析构函数。该函数负责释放所有kobject使用的内存和其它相关清理工作。
       sysfs_ops变量指向sysfs_ops结构体,其中包含两个函数,也就是对属性进行操作的读写函数show()和store()。
    最后,default_attrs指向一个attribute结构体数组。这些结构体定义了kobject相关的默认属性。属性描述了给定对象的特征,其实,属性就是对应/sys树形结构中的叶子结点,也就是文件。

3.    对象集合体kset 
   Kset,顾名思义就是kobject对象的集合体,可以把它看成是一个容器,可将所有相关的kobject对象聚集起来,比如“全部的块设备”就是一个kset。听起来ksetktypes非常类似,好像没有多少实质内容。那么“为什么会需要这两个类似的东西呢”。ksets可把kobject集中到一个集合中,而ktype描述相关类型kobject所共有的特性,它们之间的重要区别在于:具有相同ktypekobject可以被分组到不同的ksets
       kobjectkset指针指向相应的kset集合。kset集合由kset结构体表示,定义于头文件<linux/kobject.h>中:

struct kset {        struct kobj_type         *ktype;
               struct list_head         list;
             struct kobject           kobj;
          struct kset_uevent_ops  *uevent_ops;}; 
      其中ktype指针指向集合(kset)中kobject对象的类型(ktype),list连接该集合(kset)中所有的kobject对象。kobj指向的koject对象代表了该集合的基类,uevent_ops指向一个用于处理集合中kobject对象的热插拔操作的结构体。

总结:   kobject通常是嵌入到其它结构中的,其单独意义其实并不大。相反,那些更为重要的结构体,比如在struct cdev中才真正需要用到kobject结构。
/* cdev structure – 该对象代表一个字符设备 */
struct cdev {        struct kobject          kobj; 
                    struct module           *owner;    
                    struct file_operations  *ops; 
                    struct list_head        list;  
                    dev_t                   dev;       
                   unsigned int            count;};
     当kobject被嵌入到其它结构中时,该结构便拥有了kobject提供的标准功能。更重要的一点是,嵌入kobject的结构体可以成为对象层次架构中的一部分。比如cdev结构体就可通过其父指针cdev->kobj->parent和链表cdev->kobj->entry来插入到对象层次结构中。 
参考 LDKULK以及lxr.linux.no
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