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本文將從代碼級(jí)去理解Linux設(shè)備類和設(shè)備文件的創(chuàng)建過程。

一、設(shè)備類相關(guān)知識(shí)

• 設(shè)備類是虛擬的，并沒有直接對(duì)應(yīng)的物理實(shí)物，只是為了更好地管理同一類設(shè)備導(dǎo)出到用戶空間而產(chǎn)生的目錄和文件。
• 整個(gè)過程涉及到sysfs文件系統(tǒng)，該文件系統(tǒng)是為了展示Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型而構(gòu)建的文件系統(tǒng)，是基于ramfs，linux根目錄中的/sysfs即掛載了sysfs文件系統(tǒng)。
• Struct kobject數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是sysfs的基礎(chǔ)，kobject在sysfs中代表一個(gè)目錄；
• linux的驅(qū)動(dòng)(struct?driver)、設(shè)備(struct?device)、設(shè)備類(struct?class)均是從kobject進(jìn)行派生的，因此他們?cè)趕ysfs中都對(duì)應(yīng)于一個(gè)目錄。
• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中附屬的struct?device_attribute、driver_attribute、class_attribute等屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在sysfs中則代表一個(gè)普通的文件。
• Struct kset是struct kobject的容器，即Struct kset可以成為同一類struct?kobject的父親，而其自身也有kobject成員，因此其又可能和其他kobject成為上一級(jí)kset的子成員。

二、兩種創(chuàng)建設(shè)備文件的方式

• 在設(shè)備驅(qū)動(dòng)中，cdev_add將struct file_operations和設(shè)備號(hào)注冊(cè)到系統(tǒng)后，為了能夠自動(dòng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件，需要調(diào)用class_create和device_create，并通過uevent機(jī)制調(diào)用mdev（嵌入式linux由busybox提供）來調(diào)用mknod創(chuàng)建設(shè)備文件。
• 當(dāng)然也可以不調(diào)用這兩個(gè)接口，那就手工通過命令行mknod來創(chuàng)建設(shè)備文件。

三、設(shè)備類和設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

（1）include/linux/kobject.h [cpp]?view plaincopy

struct?kobject???

{??

??const?char?*name;//名稱??

??struct?list_head?entry;//kobject鏈表??

??struct?kobject?*parent;//即所屬kset的kobject??

??struct?kset?*kset;//所屬kset??

??struct?kobj_type?*ktype;//屬性操作接口??

??…??

};??

??

struct?kset???

{??

??struct?list_head?list;//管理同屬于kset的kobject??

??struct?kobject?kobj;//可以成為上一級(jí)父kset的子目錄??

??const?struct?kset_uevent_ops?*uevent_ops;//uevent處理接口??

};??

• 假設(shè)kobject A代表一個(gè)目錄，kset B代表幾個(gè)目錄（包括A）的共同的父目錄。則A.kset=B;A.parent=B.kobj.

（2）include/linux/device.h [cpp]?view plaincopy

struct?class???

{//設(shè)備類??

??const?char?*name;?//設(shè)備類名稱??

??struct?module?*owner;//創(chuàng)建設(shè)備類的module??

??struct?class_attribute?*class_attrs;//設(shè)備類屬性??

??struct?device_attribute?*dev_attrs;//設(shè)備屬性??

??struct?kobject?*dev_kobj;//kobject再sysfs中代表一個(gè)目錄??

??…??

??struct?class_private?*p;//設(shè)備類得以注冊(cè)到系統(tǒng)的連接件??

};??

（3）drivers/base/base.h [cpp]?view plaincopy

struct?class_private???

{??

??//該設(shè)備類同樣是一個(gè)kset，包含下面的class_devices；同時(shí)在class_subsys填充父kset??

??struct?kset?class_subsys;??

??struct?klist?class_devices;//設(shè)備類包含的設(shè)備（kobject）??

??…??

??struct?class?*class;//指向設(shè)備類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即要?jiǎng)?chuàng)建的本級(jí)目錄信息??

};??

（4）include/linux/device.h

[cpp]?view plaincopy

struct?device???

{//設(shè)備??

??struct?device?*parent;//sysfs/devices/中的父設(shè)備??

??struct?device_private?*p;//設(shè)備得以注冊(cè)到系統(tǒng)的連接件??

??struct?kobject?kobj;//設(shè)備目錄??

??const?char?*init_name;//設(shè)備名稱??

??struct?bus_type?*bus;//設(shè)備所屬總線??

??struct?device_driver?*driver;?//設(shè)備使用的驅(qū)動(dòng)??

??struct?klist_node?knode_class;//連接到設(shè)備類的klist??

??struct?class?*class;//所屬設(shè)備類??

??const?struct?attribute_group?**groups;??

??…??

}??

（5）drivers/base/base.h

[cpp]?view plaincopy

struct?device_private???

{??

??struct?klist?klist_children;//連接子設(shè)備??

??struct?klist_node?knode_parent;//加入到父設(shè)備鏈表??

??struct?klist_node?knode_driver;//加入到驅(qū)動(dòng)的設(shè)備鏈表??

??struct?klist_node?knode_bus;//加入到總線的鏈表??

??struct?device?*device;//對(duì)應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)??

};??

（6）解釋

• class_private是class的私有結(jié)構(gòu)，class通過class_private注冊(cè)到系統(tǒng)中；
• device_private是device的私有結(jié)構(gòu)，device通過device_private注冊(cè)到系統(tǒng)中。
• 所謂注冊(cè)到系統(tǒng)中，即把相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加入到系統(tǒng)已經(jīng)存在的鏈表中，但是這些鏈接的細(xì)節(jié)并不希望暴露給用戶，所以才有private的結(jié)構(gòu)。
• 而class和device則通過sysfs向用戶層提供信息。

四、創(chuàng)建設(shè)備類目錄文件

1、在驅(qū)動(dòng)通過cdev_add將struct?file_operations接口集和設(shè)備注冊(cè)到系統(tǒng)后，即利用class_create接口來創(chuàng)建設(shè)備類目錄文件。

led_class = class_create(THIS_MODULE, "led_class");

__class_create(owner, name, &__key);

cls->name = name;//設(shè)備類名

cls->owner = owner;//所屬module

retval = __class_register(cls, key);

struct class_private *cp;

//將類的名字led_class賦值給對(duì)應(yīng)的kset

kobject_set_name(&cp->class_subsys.kobj, "%s", cls->name);

//填充class_subsys所屬的父kset：ket:sysfs/class.

cp->class_subsys.kobj.kset = class_kset;

//填充class屬性操作接口

cp->class_subsys.kobj.ktype = &class_ktype;

cp->class = cls;//通過cp可以找到class

cls->p = cp;//通過class可以找到cp

//創(chuàng)建led_class設(shè)備類目錄

kset_register(&cp->class_subsys);

//在led_class目錄創(chuàng)建class屬性文件

add_class_attrs(class_get(cls))；

2、繼續(xù)展開kset_register

kset_register(&cp->class_subsys);

kobject_add_internal(&k->kobj);

// parent即class_kset.kobj,即/sysfs/class對(duì)應(yīng)的目錄

parent = kobject_get(kobj->parent);

create_dir(kobj);

//創(chuàng)建一個(gè)led _class設(shè)備類目錄

sysfs_create_dir(kobj);

//該接口是sysfs文件系統(tǒng)接口，代表創(chuàng)建一個(gè)目錄，不再展開。

3.上述提到的class_kset在class_init被創(chuàng)建

class_kset = kset_create_and_add("class", NULL, NULL);

第三個(gè)傳參為NULL，代表默認(rèn)在/sysfs/創(chuàng)建class目錄。

五、創(chuàng)建設(shè)備目錄和設(shè)備屬性文件

1、利用class_create接口來創(chuàng)建設(shè)備類目錄文件后，再利用device_create接口來創(chuàng)建具體設(shè)備目錄和設(shè)備屬性文件。

led_device = device_create(led_class, NULL, led_devno, NULL, "led");

device_create_vargs

dev->devt = devt;//設(shè)備號(hào)

dev->class = class;//設(shè)備類led_class

dev->parent = parent;//父設(shè)備，這里是NULL

kobject_set_name_vargs(&dev->kobj, fmt, args)//設(shè)備名”led”

device_register(dev)注冊(cè)設(shè)備

2、繼續(xù)展開device_register(dev)

device_initialize(dev);

dev->kobj.kset = devices_kset;//設(shè)備所屬/sysfs/devices/

device_add(dev)

device_private_init(dev)//初始化device_private

dev_set_name(dev, "%s", dev->init_name);//賦值dev->kobject的名稱
setup_parent(dev, parent);//建立device和父設(shè)備的kobject的聯(lián)系
//kobject_add在/sysfs/devices/目錄下創(chuàng)建設(shè)備目錄led，kobject_add是和kset_register相似的接口，只不過前者針對(duì)kobject，后者針對(duì)kset。
kobject_add(&dev->kobj, dev->kobj.parent, NULL);
kobject_add_varg
kobj->parent = parent;
kobject_add_internal(kobj)
create_dir(kobj);//創(chuàng)建設(shè)備目錄
//在剛創(chuàng)建的/sysfs/devices/led目錄下創(chuàng)建uevent屬性文件,名稱是”uevent”
device_create_file(dev, &uevent_attr);
//在剛創(chuàng)建的/sysfs/devices/led目錄下創(chuàng)建dev屬性文件，名稱是”dev”，該屬性文件的內(nèi)容就是設(shè)備號(hào)
device_create_file(dev, &devt_attr);
//在/sysfs/class/led_class/目錄下建立led設(shè)備的符號(hào)連接，所以打開/sysfs/class/led_class/led/目錄也能看到dev屬性文件，讀出設(shè)備號(hào)。
device_add_class_symlinks(dev);
//創(chuàng)建device屬性文件，包括設(shè)備所屬總線的屬性和attribute_group屬性
device_add_attrs()
bus_add_device(dev) //將設(shè)備加入總線
//觸發(fā)uevent機(jī)制，并通過調(diào)用mdev來創(chuàng)建設(shè)備文件。
kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);
//匹配設(shè)備和總線的驅(qū)動(dòng)，匹配成功就調(diào)用驅(qū)動(dòng)的probe接口，不再展開

bus_probe_device(dev);

3、展開kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);

kobject_uevent_env(kobj, action, NULL);
kset = top_kobj->kset;?
uevent_ops = kset->uevent_ops; //即device_uevent_ops
// subsystem即設(shè)備所屬的設(shè)備類的名稱”led_class”
subsystem = uevent_ops->name(kset,
?kobj);
//devpath即/sysfs/devices/led/
devpath = kobject_get_path(kobj,
?GFP_KERNEL);
//添加各種環(huán)境變量
add_uevent_var(env, "ACTION=%s",
?action_string);
add_uevent_var(env, "DEVPATH=%s",
?devpath);
add_uevent_var(env, "SUBSYSTEM=%s",
?subsystem);
uevent_ops->uevent(kset, kobj,
?env);
add_uevent_var(env, "MAJOR=%u",
?MAJOR(dev->devt));
add_uevent_var(env, "MINOR=%u",
?MINOR(dev->devt));
add_uevent_var(env, "DEVNAME=%s",
?name);
add_uevent_var(env, "DEVTYPE=%s",
?dev->type->name);
//還會(huì)增加總線相關(guān)的一些屬性環(huán)境變量等等。
#if defined(CONFIG_NET)//如果是PC的linux會(huì)通過socket的方式向應(yīng)用層發(fā)送uevent事件消息，但在嵌入式linux中不啟用該機(jī)制。
#endif
argv [0] = uevent_helper;//即/sbin/mdev
argv [1] = (char *)subsystem;//”led_class”
argv [2] = NULL;
add_uevent_var(env, "HOME=/");
add_uevent_var(env,"PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin");
call_usermodehelper(argv[0],
?argv,env->envp, UMH_WAIT_EXEC);

4、上述提到的devices_kset在devices_init被創(chuàng)建
devices_kset = kset_create_and_add("devices",
?&device_uevent_ops, NULL);

//第三個(gè)傳參為NULL，代表默認(rèn)在/sysfs/創(chuàng)建devices目錄

5、上述設(shè)備屬性文件

static struct device_attribute devt_attr =
__ATTR(dev,
?S_IRUGO, show_dev, NULL);


static ssize_t show_dev(struct device *dev, struct device_attribute
?*attr,char *buf){{
return
?print_dev_t(buf, dev->devt);//即返回設(shè)備的設(shè)備號(hào)

}

6、devices設(shè)備目錄響應(yīng)uevent事件的操作

static const struct kset_uevent_ops device_uevent_ops = {
.filter =dev_uevent_filter,
.name = dev_uevent_name,
.uevent = dev_uevent,

};

7、call_usermodehelper是從內(nèi)核空間調(diào)用用戶空間程序的接口。

8、對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說，busybox采用的是mdev，在系統(tǒng)啟動(dòng)腳本rcS中會(huì)使用命令“echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug”。

uevent_helper[]數(shù)組即讀入/proc/sys/kernel/hotplug文件的內(nèi)容，即“/sbin/mdev” .

六、創(chuàng)建設(shè)備文件

• 以上描述都是在sysfs文件系統(tǒng)中創(chuàng)建目錄或者文件，而應(yīng)用程序訪問的設(shè)備文件則需要?jiǎng)?chuàng)建在/dev/目錄下。該項(xiàng)工作由mdev完成。
• Mdev的原理：解釋/etc/mdev.conf文件定義的命名設(shè)備文件的規(guī)則，并在該規(guī)則下根據(jù)環(huán)境變量的要求來創(chuàng)建設(shè)備文件。
• Mdev.conf由用戶層指定，因此更具靈活性。
• 下面是mdev配置腳本，最終我們會(huì)跟蹤到mknod在/dev/目錄下創(chuàng)建了設(shè)備文件。

[cpp]?view plaincopy

Busybox/util-linux/mdev.c??

int?mdev_main(int?argc?UNUSED_PARAM,?char?**argv)??

xchdir("/dev");??

if?(argv[1]?&&?strcmp(argv[1],?"-s")//系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)mdev??

?–s才會(huì)執(zhí)行這個(gè)分支??

else??

action=?getenv("ACTION");??

env_path=?getenv("DEVPATH");??

G.subsystem=?getenv("SUBSYSTEM");??

snprintf(temp,PATH_MAX,?"/sys%s",?env_path);//到/sysfs/devices/led目錄??

make_device(temp,/*delete:*/?0);??

strcpy(dev_maj_min,"/dev");?//讀出dev屬性文件，得到設(shè)備號(hào)??

open_read_close(path,dev_maj_min?+?1,?64);??

….??

mknod(node_name,rule->mode?|?type,?makedev(major,?minor)) ?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 设备文件的创建和mdev的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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