Linux设备模型是对体系设备安排架构进行笼统的一个数据结构，旨在为设备驱动进行分层、分类、安排。下降设备多样性带来的Linux驱动开发的杂乱度，以及设备热拔插处理、电源办理等。
Overview
规划意图
电源办理和体系关机（Power management and system shutdown）
设备之间大多状况下有依靠、耦合，因而要完结电源办理就有必要对体系的设备结构有清楚的了解，应知道先关哪个然后才干再关哪个。规划设备模型便是为了使体系可以依照正确次序进行硬件的遍历。
与用户空间的交互（Communications with user space）
完结了sysfs虚拟文件体系。它可以将设备模型中界说的设备特点信息等导出到用户空间，使得在用户空间可以完结对设备特点的拜访及参数的更改。详见DocumentaTIon/filesystems/sysfs.txt。
可热插拔设备（Hotpluggable devices）
设备模型办理内核所运用的处理用户空间热插拔的机制，支撑设备的动态增加与移除。
设备类别（Device classes）
体系的许多部分对设备怎么衔接没有爱好, 可是它们需求知道什么类型的设备可用。设备模型也完结了一个给设备分类的机制, 它在一个更高的功用性等级描绘了这些设备。
目标生命期（Object lifecycles）
设备模型的完结一套机制来处理目标生命期。
设备模型框图
Linux 设备模型是一个杂乱的数据结构。如图所示为和USB鼠标相相关的设备模型的一小部分：
这个框图展现了设备模型最重要的四个部分的安排联系（在顶层容器中详解）：
Devices
描绘了设备怎么衔接到体系。
Drivers
体系中可用的驱动。
Buses
盯梢什么衔接到每个总线，担任匹配设备与驱动。
classes
设备底层细节的笼统，描绘了设备所供给的功用。
底层完结
kobject
效果与意图
Kobject是将整个设备模型衔接在一起的根底。首要用来完结以下功用：
目标的引证计数（Reference counTIng of objects）
一般, 当一个内核目标被创立, 没有办法知道它会存在多长时间。 一种盯梢这种目标生命周期的办法是经过引证计数。 当没有内核代码持有对给定目标的引证, 那个目标现已完结了它的有用寿数而且可以被删去。
sysfs 表明（Sysfs representaTIon）
在sysfs中显现的每一个项目都是经过一个与内核交互的kobject完结的。
数据结构粘和（Data structure glue）
设备模型全体来看是一个极点杂乱的由多级组成的数据结构, kobject完结各级之间的衔接粘和。
热插拔事情处理（Hotplug event handling）
kobject处理热插拔事情并告诉用户空间。
数据结构
/* include in */struct kobject { const char *name; /* 该kobject的称号，一起也是sysfs中的目录称号 */ struct list_head entry; /* kobjetct双向链表 */ struct kobject *parent; /* 指向kset中的kobject，相当于指向父目录 */ struct kset *kset; /*指向所属的kset*/ struct kobj_type *ktype; /*担任对kobject结构盯梢*/ …};/* 界说kobject的类型及开释回调 */struct kobj_type { void (*release)(struct kobject *); /* kobject开释函数指针 */ struct sysfs_ops *sysfs_ops; /* 默许特点操作办法 */ struct attribute **default_attrs; /* 默许特点 */};/* kobject上层容器 */struct kset { struct list_head list; /* 用于衔接kset中一切kobject的链表头 */ spinlock_t list_lock; /* 扫描kobject组成的链表时运用的锁 */ struct kobject kobj; /* 嵌入的kobject */ const struct kset_uevent_ops *uevent_ops; /* kset的uevent操作 */};/* 包括kset的更高档笼统 */struct subsystem { struct kset kset; /* 界说一个kset */ struct rw_semaphore rwsem; /* 用于串行拜访kset内部链表的读写信号量 */};
kobject和kset联系：
如图所示，kset将它的children(kobjects)组成一个规范的内核链表。所以说kset是一个包括嵌入在同种类型结构中的kobject的调集。它本身也内嵌一个kobject，所以也是一个特别的kobject。规划kset的首要意图是包容，可以说是kobject的顶层容器。kset总是会在sysfs中以目录的办法呈现。需求留意的是图中所示的kobject其实是嵌入在其他类型中（很少独自运用），也可能是其他kset中。
kset和subsystem联系：
一个子体系subsystem, 其实仅仅一个附加了个读写信号量的kset的包装，反过来便是说每个 kset 有必要归于一个子体系。依据subsystem之间的成员联系树立kset在整个层级中的方位。
子体系常常运用宏直接静态界说：
/* 界说一个struct subsystem name_subsys 并初始化kset的type及hotplug_ops */ decl_subsys(name, struct kobj_type *type,struct kset_hotplug_ops *hotplug_ops);
操作函数
初始化
/* 初始化kobject内部结构 */void kobject_init(struct kobject *kobj);/* 设置name */int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, …);/* 先将kobj->kset指向要增加的kset中，然后调用会将kobject参加到指定的kset中 */int kobject_add(struct kobject *kobj);/* kobject_register = kobject_init + kobject_add */extern int kobject_register(struct kobject *kobj);/* 对应的Kobject删去函数 */void kobject_del(struct kobject *kobj);void kobject_unregister(struct kobject *kobj);/* 与kobject相似的kset操作函数 */void kset_init(struct kset *kset);kobject_set_name(&my_set->kobj, “The name”);int kset_add(struct kset *kset);int kset_register(struct kset *kset);void kset_unregister(struct kset *kset);
TIp: 初始化前应先运用memset将kobj清零；初始化完结后引证计数为1
引证计数办理
/* 引证计数加1并回来指向kobject的指针 */struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj);/* 当一个引证被开释, 调用kobject_put递减引证计数，当引证为0时free这个object */void kobject_put(struct kobject *kobj);/* 与kobject相似的kset操作函数 */struct kset *kset_get(struct kset *kset);void kset_put(struct kset *kset);
开释
当引证计数为0时，会调用ktype中的release，因而可以这样界说release回调函数：void my_object_release(struct kobject *kobj){ struct my_object *mine = container_of(kobj, struct my_object, kobj); /* Perform any additional cleanup on this object, then… */ kfree(mine);}/* 查找ktype */struct kobj_type *get_ktype(struct kobject *kobj);
subsystem相关
decl_subsys(name, type, hotplug_ops);void subsystem_init(struct subsystem *subsys);int subsystem_register(struct subsystem *subsys);void subsystem_unregister(struct subsystem *subsys);struct subsystem *subsys_get(struct subsystem *subsys);void subsys_put(struct subsystem *subsys);
Low-Level Sysfs Operations
kobject和sysfs联系
kobject是完结sysfs虚拟文件体系背面的机制。sysfs中的每一个目录都对应内核中的一个kobject。将kobject的特点（atrributes）导出就会在sysfs对应的目录下发生由内核主动生成的包括这些特点信息的文件。只需简略的调用前面所说到的kobject_add就会在sysfs中生成一个对应kobject的进口，但值得留意的是：
这个进口总会以目录呈现, 也便是说生成一个进口便是创立一个目录。一般这个目录会包括一个或多个特点文件（见下文）。
分配给kobject的姓名(用kobject_set_name)便是给 sysfs 目录运用的姓名，因而在sysfs层级中相同部分的kobject命名有必要仅有，不能包括下划线，防止运用空格。
这个进口所在的目录表明kobject的parent指针，假如parent为NULL，则指向的是它的kset，因而可以说sysfs的层级其实对应的便是kset的层级。但当kset也为NULL时，这个进口就会创立在sysfs的top level，不过实践中很少呈现这种状况。
特点（atrributes）
特点即为上面所说到的一旦导出就会由内核主动生成的包括kobject内核信息的文件。结构如下：
struct attribute { char *name; /* 特点名，也是sysfs对应entry下的文件名 */ struct module *owner; /* 指向担任完结这个特点的模块 */ mode_t mode; /* 权限位，在中界说 */};
特点的导出显现及导入存储函数：
/* kobj: 需求处理的kobject attr: 需求处理的特点 buffer: 存储编码后的特点信息，巨细为PAGE_SIZE return: 实践编码的特点信息长度 */struct sysfs_ops { ssize_t (*show)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,char *buffer); /* 导出到用户空间 */ ssize_t (*store)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,const char *buffer, size_t size); /* 存储进内核空间 */};
需求留意的是：
每个特点都是用name=value表明，name即便特点的文件名，value即文件内容，假如value超越PAGE_SIZE，则应分为多个特点来处理;
上述函数可以处理不同的特点。可以在内部完结时同过特点名进行区分来完结;
由于store是从用户空间到内核，所以完结时首先要查看参数的合法行，避免内核溃散及其他问题。
缺省特点（Default Attributes）
在kobject创立时都会赋予一些缺省的默许特点，即上面所说到的kobj_type中的default_attrs数组，这个数组的最终一个成员须设置成NULL，以表明数组巨细。一切运用这个kobj_type的kobject都是经过kobj_type中的sfsfs_ops回调函数进口完结对缺省特点的界说。
非缺省特点（Nondefault Attributes）
一般来说，界说时就可以经过default_attrs完结一切的特点，但这儿也供给了后续动态增加和删去特点的办法：
int sysfs_create_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr); int sysfs_remove_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr);
二进制特点（Binary Attributes）
上述特点包括的可读的文本值，二进制特点很少运用，大多用在从用户空间传递一些不改动的文件如firmware给设备的状况下。
struct bin_attribute { struct attribute attr; /* 界说name,owner,mode */ size_t size; /* 特点最大长度，如没有最大长度则设为0 */ ssize_t (*read)(struct kobject *kobj, char *buffer,loff_t pos, size_t size); ssize_t (*write)(struct kobject *kobj, char *buffer,loff_t pos, size_t size); };
read/write一次加载屡次调用，每次最多PAGE_SIZE巨细。留意write无法指示最终一个写操作，得经过其他办法判别操作的完毕。
二进制特点不能界说为缺省值，因而需清晰的创立与删去：
int sysfs_create_bin_file(struct kobject *kobj,struct bin_attribute *attr); int sysfs_remove_bin_file(struct kobject *kobj,struct bin_attribute *attr);
符号衔接（Symbolic Links）
办法：
int sysfs_create_link(struct kobject *kobj, struct kobject *target,char *name); void sysfs_remove_link(struct kobject *kobj, char *name);
热插拔事情生成（Hotplug Event Generation）
热插拔事情即当体系装备发生改动是内核向用户空间的告诉。然后用户空间会调用/sbin/hotplug经过创立节点、加载驱动等动作进行呼应。这个热插拔事情的发生是在kobject_add和kobject_del时。咱们可以经过上面kset中界说的uevent_ops对热插拔事情发生进行装备：
struct kset_uevent_ops { /* 完结事情的过滤，其回来值为0时不发生事情 */ int (* const filter)(struct kset *kset, struct kobject *kobj); /* 生成传递给/sbin/hotplug的name参数 */ const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj); /* 其他传递给/sbin/hotplug的参数经过这种设置环境变量的办法传递 */ int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj, struct kobj_uevent_env *env);};
顶层容器
Buses, Devices, Drivers and Classes
Buses
总线Buses是处理器和设备的通道。在设备模型中，一切设备都是经过总线衔接在一起的，哪怕是一个内部虚拟的platform总线。
/* defined in */struct bus_type { const char *name; /* 总线类型名 */ struct bus_attribute *bus_attrs; /* 总线的特点 */ struct device_attribute *dev_attrs; /* 设备特点,为每个参加总线的设备树立特点链表 */ struct driver_attribute *drv_attrs; /* 驱动特点,为每个参加总线的驱动树立特点链表 */ /* 驱动与设备匹配函数:当一个新设备或许驱动被增加到这个总线时， 这个办法会被调用一次或屡次，若指定的驱动程序可以处理指定的设备，则回来非零值。 有必要在总线层运用这个函数, 由于那里存在正确的逻辑，中心内核不知道怎么为每个总线类型匹配设备和驱动程序 */ int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv); /*在为用户空间发生热插拔事情之前，这个办法答应总线增加环境变量（参数和 kset 的uevent办法相同）*/ int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env); … struct subsys_private *p; /* 一个很重要的域，包括了device链表和drivers链表 */}/* 界说bus_attrs的快捷办法 */BUS_ATTR(name, mode, show, store);/* bus特点文件的创立移除 */int bus_create_file(struct bus_type *bus, struct bus_attribute *attr);void bus_remove_file(struct bus_type *bus, struct bus_attribute *attr);/* 总线注册 */int bus_register(struct bus_type *bus);void bus_unregister(struct bus_type *bus);/* 遍历总线上的设备与驱动 */int bus_for_each_dev(struct bus_type *bus, struct device *start, void *data, int(*fn)(struct device *, void *));int bus_for_each_drv(struct bus_type *bus, struct device_driver *start, void *data, int(*fn)(struct device_driver *, void *));
Devices
Linux中，每一个底层设备都是structure device的一个实例：
struct device { struct device *parent; /* 父设备，总线设备指定为NULL */ struct device_private *p; /* 包括设备链表，driver_data（驱动程序要运用数据）等信息 */ struct kobject kobj; const char *init_name; /* 初始默许的设备名 */ struct bus_type *bus; /* type of bus device is on */ struct device_driver *driver; /* which driver has allocated this device */ … void (*release)(struct device *dev); };int device_register(struct device *dev);void device_unregister(struct device *dev);DEVICE_ATTR(name, mode, show, store);int device_create_file(struct device *device,struct device_attribute *entry);void device_remove_file(struct device *dev,struct device_attribute *attr);
Drivers
设备模型盯梢一切体系已知的驱动。
struct device_driver { const char *name; /* 驱动称号,在sysfs中以文件夹名呈现 */ struct bus_type *bus; /* 驱动相关的总线类型 */ int (*probe) (struct device *dev); /* 查询设备的存在 */ int (*remove) (struct device *dev); /* 设备移除回调 */ void (*shutdown) (struct device *dev); …}int driver_register(struct device_driver *drv);void driver_unregister(struct device_driver *drv);DRIVER_ATTR(name, mode, show, store);int driver_create_file(struct device_driver *drv,struct driver_attribute *attr);void driver_remove_file(struct device_driver *drv,struct driver_attribute *attr);
Classes
类是设备的一个高档视图，完结了底层细节。经过对设备进行分类，同类代码可同享，减少了内核代码的冗余。
struct class { const char *name; /* class的称号，会在“/sys/class/”目录下表现 */ struct class_attribute *class_attrs; struct device_attribute *dev_attrs; /* 该class下每个设备的attribute */ struct kobject *dev_kobj; /* 当该class下有设备发生变化时，会调用class的uevent回调函数 */ int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env); char *(*devnode)(struct device *dev, mode_t *mode); void (*class_release)(struct class *class); void (*dev_release)(struct device *dev); int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state); int (*resume)(struct device *dev); struct class_private *p;};int class_register(struct class *cls);void class_unregister(struct class *cls);CLASS_ATTR(name, mode, show, store);int class_create_file(struct class *cls,const struct class_attribute *attr);void class_remove_file(struct class *cls,const struct class_attribute *attr);
Putting It All Together
