Linux设备框架：kset与kobject基本介绍

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Linux设备框架：kset与kobject基本介绍 [link]
Linux设备框架：kset与kobject源码分析 [link]

一、前言

Linux 设备模型如同一座拥有众多楼层（总线）和房间（设备）的摩天大楼，由内部主体（kset、kobject）和外部装饰（sysfs文件系统）构成。

kset和kobject是大楼主体的承重柱、横梁或者墙体，构成整座大楼框架，组织各楼层、房间。kobject连接各房间、楼层的通道，kset则对各楼层、房间按功能类型划分区域。sysfs文件系统是连接摩天大楼内外的纽带，它将摩天大楼内部各楼层、房间之间的层次关系展示给外面的世界（用户空间的程序），同时向外界提供了与大楼内部互动通道。

在驱动开发过程中，很多驱动开发者初遇 Linux 设备模型中的kset、kobject时，觉得非常的抽象，难以理解。担心会因对其理解不透彻而影响驱动开发的困感。

其实，对于顾客来说，在平常的逛街购物过程中，摩天大楼外部装饰（sysfs文件系统）和内部的楼层、房间（总线、设备、驱动）才是最常接触的。熟悉了楼层功能、房间布局就能在大楼中熟练的完成购物活动，顾客无需在意隐藏在内部的承重住、横梁（kset、kobject）是怎么设计的，这些一点也不影响逛街购物。

同理，在驱动开发过程中，驱动开发人员掌握了总线、设备、驱动，就能完成驱动开发任务。而内核中的 kset 和 kobject 是被封装在内部的一套管理设备的机制。执行总线、设备的相关的接口函数自动会完成kset 和 kobject层级的操作。因此，暂时对 kset 和 kobject 的不理解，也无需担心会影响驱动开发。

二、kobject、kset和设备的关系

Linux 设备框架引入集合的概念，用来管理同类型设备。所有同类设备通过链表组织在一起，形成一个集合。下面是设备结构体，包含了 kobject 成员，Linux设备框架中就是通过该成员来管理每一个设备的。

struct device {
    struct kobject kobj;
    ......
};

2.1 kset 结构体

kset 的结构体比较简单，如下所示。它拥有 list 和 kobject 成员，Linux设备框架通过前者来管理集合中的所有设备，用后者来管理相关联的集合。

struct kset {
    struct list_head list;
    spinlock_t list_lock;
    struct kobject kobj;
    const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
} __randomize_layout;

其中，list成员是设备链表的头节点；kobj成员是用来管理集合的kobject对象，和device中的kobject对象作用一样。

2.2 kobject 结构体

Kobject 的每一项成员都和设备管理框架相关，以下给出了 kobject 结构体定义：

struct kobject {
    const char		*name;
    struct list_head	entry;
    struct kobject		*parent;
    struct kset		*kset;
    struct kobj_type	*ktype;
    struct kernfs_node	*sd; /* sysfs directory entry */
    struct kref		kref;
    ......
};

• const char *name
  kobject 对象的名称，如果其拥有者是kset，则表示kset实例的名字；如果其拥有者是device，则表示设备的名字。如果该 kobject 对象的拥有者加入到内核，那么在sysfs文件系统中会创建一个以该名字命名的目录。

• struct list_head entry
  用来将该 kobject 对象的拥有者通过该成员以链表的形式被管理。

• struct kobject *parent;
  该成员指向该 kobject 对象拥有者的父对象，构建了各拥有者之间的层级关系。在sysfs文件系统中，该层级关系以 kobject 对象名字命名的目录间的层级关系呈现。

• struct kset *kset;
  指向该 kobject 对象拥有者的所属集合，即kset实例，表示该拥有者属于哪个集合。

• struct kobj_type *ktype
  定义了 kobject 对象的一组 sysfs 文件系统相关的操作函数和属性。其中，属性由内部成员struct attribute **default_attrs表示，同样该属性也会反映到sysfs文件系统中，以文件的形式在 kobject 对象名字命名的目录下呈现。
  通过该成员，让 C 中的 struct 数据类型具备了C++中 class 类型的某些特点，这里体现了基于C语言面向对象设计思想。各上层对象通过继承 kobject 的方式拥有 ktype，不同的 kobject 对象继承者会有不同的 ktype，用以体现不同拥有者的特质差异。

• struct kernfs_node *sd
  用来指向该 kobject 对象在sysfs 文件系统中对应目录的实例，即以 kobject 对象名字命名的目录。

• struct kref kref
  该成员用来表示 kobject 对象（对象拥有者）的引用计数，其核心数据是一原子型变量。内核通过该成员追踪kobject 对象的生命周期。

三、总结

Linux 设备框架中，将同类型的设备归类为一个集合，一个集合中拥有一个 kset 实例和若干设备，且以链表的形式管理。Kset 实例通过 kset.list 成员成为链表头节点；各设备通过 device.kobj.entry 成员以子节点身份挂在链表上。同样，父子关系的集合通过 kset.kobj.parent 连接在一起。