Linux设备模型(7)_Class
作者:wowo 发布于:2014-4-23 15:17 分类:统一设备模型
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 implementation details(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_attribute *class_attrs;
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_operations *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-gpio.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 mice -> ../../devices/virtual/input/miceroot@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 ueventroot@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。
原创文章,转发请注明出处。蜗窝科技,www.wowotech.net。
标签: Linux Kernel 内核 设备模型 class

评论:
2016-01-05 11:48
有一个问题,如果在device_add()时,device的bus和class都不为空,device_add_class_symlinks(dev)会调用
error = sysfs_create_link(&dev->kobj,&dev->class->p->subsys.kobj,"subsystem"); bus_add_device(dev);也会调用
error = sysfs_create_link(&dev->kobj,&dev->bus->p->subsys.kobj, "subsystem");是不是会有冲突?
2016-01-06 10:44
"subsystem"链接都是在devices目录下创建的,class目录和bus目录不会有啊
是不是我的问题没有表述明白。如果一个device注册到kernel的时候bus指针和class指针都不为空的话,既要在device的目录下创建subsystem链接到bus,又要创建subsystem链接到class,这样不会又冲突吗?
是不是device的bus指针和class指针不会同时有效?
2016-01-06 16:38
确实,device_add的时候,如果同时存在class和bus的时候,sysfs_create_link时,后一个(也就是bus)会报错,不能共存。
对于bus和class,我的理解是:
同一个bus下的设备,是一种“空间上(或物理上)”聚集,之所以加引号,可能是虚拟的;
同一个class下的设备,是一种“文化上”的聚集,例如我们有共同的特征、共同的兴趣爱好等等。
那么,一个设备是否可能既从属于某一个bus,又从属于某一个class?是可以的。通常的做法是:
该设备的device指针(由设备模型管理),和bus打交道,如某一个platform设备下的device指针;
如果需要加入某一个class,则新添一个子设备,让这个设备加入到class。
2016-05-12 01:04
我觉得这好像不仅仅导致不能共存,而且影响了bus的管理。
int bus_add_device(struct device *dev)
{
...
error = sysfs_create_link(&dev->kobj,
&dev->bus->p->subsys.kobj, "subsystem");
if (error)
goto out_subsys;
klist_add_tail(&dev->p->knode_bus, &bus->p->klist_devices);
return 0;
}
sysfs_create_link()失败,导致dev不能注册到bus的klist_devices。
2、如果需要加入某一个class,则新添一个子设备,让这个设备加入到class。
如果是子设备添加到class,那么该子设备的bus必定是NULL吧?这样的话,也不算同时包含bus和class吧?我看到的gpio_keys例子就是这样。wowo看到过子设备同时包含bus和class的例子吗?
2016-05-28 11:44
这里应该有点问题,在 device_add 的时候,为device添加class软链接的时候,会先做以下判断:if(!dev->class) return 0;我们知道父设备是不会注册class的,所以这里会直接返回 0,然后继续执行 bus_add_device,在 sysfs_create_link 中不会失败报错。
2015-03-25 09:28
《分析过mdev(udev的BusyBox简化版)源码的都知道mdev的基本原理》
执行mdev -s命令时,mdev扫描/sys/block(块设备保存在/sys/block目录下,内核2.6.25版本以后,块设备也保存在/sys/class/block目录下。mdev扫描/sys/block是为了实现向后兼容)和/sys/class两个目录下的dev属性文件,从该dev属性文件中获取到设备编号(dev属性文件以"major:minor\n"形式保存设备编号),并以包含该dev属性文件的目录名称作为设备名device_name(即包含dev属性文件的目录称为device_name,而/sys/class和device_name之间的那部分目录称为subsystem。也就是每个dev属性文件所在的路径都可表示为/sys/class/subsystem/device_name/dev),在/dev目录下创建相应的设备文件。例如,cat /sys/class/tty/tty0/dev会得到4:0,subsystem为tty,device_name为tty0。
2015-02-23 22:14
2015-02-25 10:56
1. input device(struct input_dev)本身就包含了struct device变量,并且在input device注册(input_register_device)时,会调用device_add等设备模型的接口,添加设备模型的元素。
2. 所谓的event机制,正是基于设备模型(uevent)的封装。
至于fops,就是字符设备层面的事情了,在input子系统也是存在的,只不过input subsystem core的实现比较简单,只规定了input字符设备的major number,其它的具体事情(如fops实现),则由具体的input driver负责实现,例如drivers/input/mousedev.c。
2014-11-17 15:27
这句话有错误吧,class 在sysfs中创建的目录是由class 中subsys_private *p 中的subsys这个kset决定的吧。
内核中在 __class_register(struct class *cls, struct lock_class_key *key)中有这么一段代码
struct subsys_private *cp;
error = kset_register(&cp->subsys);这句就说明了class是注册的这个subsys这个kset而并非dev_kobj。
而同样在注册这个函数中还有这么一段代码:
/* set the default /sys/dev directory for devices of this class */
if (!cls->dev_kobj)
cls->dev_kobj = sysfs_dev_char_kobj;
这说说明了dev_kobj这个成员代表的是这样一内设备的类型缺省为/sys/dev/char
2014-11-11 14:50
2014-11-10 11:59
这几天一直在看设备模型,摸清了大概,但是还有几个地方不是很明白,请帮忙分析分析下(用的是2.6.32内核)
注册一个字符设备的时候我是这么做的:
1.major = register_chrdev(0, "myled", &led_fops); 注册一个字符设备
2.cls = class_create(THIS_MODULE, "led_class"); 创建一个类
3.device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "dev_led"); 在类下创建一个设备以供udev自动创建设备节点
这样的结果是在/sys/devices和/sys/class下都产生了led_class/myled/,(截了图,插不进来..)在class中产生这样一个类和类中的设备容易理解,但是在/sys/devices产生led_class这个一个目录就有点不懂了,追踪class_create()->__class_create()->__class_register(),在__class_register()中只找到kset_register(&cp->class_subsys)即可在class中创建led_class目录,但是没有找到关于在/sys/devices中能创建led_class的蛛丝马迹。 (ps)led_class是一个类,为什么会出现在/sys/devices中呢?类也是一个设备么?
再追踪device_create()->...->device_register(),发现此函数传入的parent参数置为Null的话应该会在/sys/devices中创建dev_led的。
描述有点冗长,还忘不要介意,希望蜗蜗前辈能帮我理清这几个目录之间的关系,
2014-11-10 13:17
其实你可以看看kernel标准led class是怎么做的,例如:
led_pwm_probe-->led_classdev_register:
ret = led_classdev_register(&pdev->dev, &led_dat->cdev);
虽然某一个LED设备(led_classdev_register所注册的)依附于led class,但首先它是一个platform device,那么他就可以在/sys/devices/platform/下创建自己的目录了。
2014-11-11 13:21
2014-11-10 16:30
1、物理拓扑方面。非常直观,物理上一个外设是如何连接到系统的。
2、该设备属于那个类别的设备。从high level角度来看一个设备,抽象其特性(例如:I2C的声卡和PCI的声卡虽然low level的bus是不一样的,但是,作为声卡,无论是I2C还是PCI都是有着共同的设备属性。
例如:一个device,是一个声卡设备,这个结论其实就是从上面的第二点来观察该外设的。我们不管他是什么总线设备,我关注的是设备类别。但是如果从物理拓扑方面来看,我们则关注其属于哪个总线上的设备。例如一个USB声卡,其拓扑结构可能是PCI总线---USB总线----USB sound device。
sys文件系统做设备模型和user space的接口,毫无疑问也要提供两个层面的通道来描述一个设备。我们用你的例子来说明好了。对于一个LED设备,sysfs可以有两个节点来描述该外设:
1、/sys/class/led_class目录下的节点。这是从high level角度看该LED设备的接口。这里我们可以把一个属于LED设备的属性放到这个目录下,例如:LED颜色、闪烁的频率、占空比等,只要是led class,任何设备都是有这些属性的(无论是接到platform bus还是接到I2C bus)。
2、/sys/class/virtual/led_class目录下的节点。这个节点是和物理拓扑有关了。其实对于device_create(哪一类设备, 物理拓扑参数,....) 而言,如果你不传递物理拓扑参数(传入NULL),那么设备模型会统一放到virtual的目录下。这个目录保存的属性文件和/sys/class/led_class目录下的是不一样的,这里的属性文件更多的是关注作为某个总线外设的属性。我们可以把这个LED变得复杂些,例如是一个USB接口的LED设备(当然,实际上我是没有见过这样的设备,呵呵~~最多是I2C的LED设备),这时候,这个目录下就会保存这样的属性文件:该设备有多少个endpoint、interface的数目,类别等,而这些属性是和USB总线有直接的关系
2014-11-11 13:39
还想请教一个问题,sysfs中所有的目录都具kobj属性,bus目录中所有的目录都具有bus_type属性,class目录中所有的目录都具有class属性,同理推想,devices中应该也具有某个数据结构的属性吧? 不知道这样理解对不对
2014-11-11 14:12
sysfs中所有的目录以及目录下的文件都对应内核中的一个struct kobj实例。
bus目录中所有的子目录都对应内核中的一个struct bus_type实例。
class目录中所有的子目录对应内核中的一个struct class实例
devices目录中的所有目录以及子目录都对应一个struct device实例
2014-11-11 14:52
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