Linux 内核设备和模块
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设备类型
在 Linux 以及所有 Unix 系统中，设备被分为以下三种类型：
- 块设备
- 能够随机访问固定大小数据片的硬件设备
- 字符设备
- 按照字符流有序访问的硬件设备
- 网络设备
- 提供对网络的访问，通过一个物理适配器和特定协议实现
伪设备
一些虚拟设备驱动，仅提供访问内核功能．
- 内核随机数发生器
- 空设备 /dev/null
- 零设备 /dev/zero
- 满设备 /dev/full
- 内存设备 /dev/mem
杂项设备
简写为miscdev，是对字符设备的封装，方便使用．
模块
内核在运行时动态向其中插入或删除代码，这些代码以模块的形式组合在一个单独的二进制镜像．
构建模块
放在内核源码树中
- 字符设备存放在
drivers/char/ - 块设备存放在
drivers/block - USE设备存放在
drivers/usb/
添加一个字符设备fishing , 编辑drivers/char/Makefile 并加入obj-m += fishing/
在drivers/char/fishing/下,需要添加一个新的Makefile文件：
obj-m += fishing.o
fishing-objs := fishing-main.o fishing-line.o这样编译内核时，也会自动编译该模块，最终编译链接完的文件名为fishing.ko
放在内核源码树外
假设放在/home/dev/fishing/目录中，那么修改/home/dev/fishing/Makefile :
obj-m += fishing.o
fishing-objs := fishing-main.o fishing-line.o编译时需要在/home/dev/fishing/目录下，然后执行:
make -C /mnt/disk/kernelsrc/ SUBDIRS=$PWD modules其中/mnt/disk/kernelsrc/就是内核源码目录
安装模块
使用make modules_install
模块依赖性
Linux模块之间存在依赖性，依赖关系存放在/libmodules/}version}/modules.dep 文件．
使用depmod 命令产生依赖信息，-A 参数表示仅更新新模块的依赖信息.
载入模块
insmod fishing.ko
rmmod fishing.ko
modprobe modules
modprobe -r modules模块参数
Linux 允许驱动程序声明参数，从而用户可以在系统启动或者模块装载时再指定参数值，这些参数对于驱动程序属于全局变量。
模块参数会载入sysfs文件系统中，变为文件.
module_param(name, type, perm);导出符号表
模块被载入后，就会被动态地连接(link)到内核，连接过程需要借助内核导出的符号表来访问内核函数。
只有被显式导出的内核函数，才能被模块调用（类似动态链接库）。
使用 EXPORT_SYMBOL()和EXPORT_SYMBOL_GPL() 可以在内核源码中显式导出内核函数：
int get_pirate_beard_color(struct pirate *p)
{
return p->beard.color;
}
EXPORT_SYMBOL(get_pirate_beard_color);导出的内核符号表被看作导出的内核接口，称为内核API
设备模型
设备模型提供了一个独立的机制专门来表示设备，并描述其在系统中的拓扑结构，从而使得系统具有以下优点:
- 代码重复最小化
- 提供诸如引用计数等统一机制
- 可以列举系统中所有的设备，观察它们的状态，并且查看它们连接的总线。
- 可以将系统中的全部设备结构以树的形式完整、有效地展现出来——包括所有的总线和内部连接。
- 可以将设备和其对应的驱动联系起来，反之亦然。
- 可以将设备按照类型加以归类，比如分类为输入设备，而无需理解物理设备的拓扑结构。
- 可以沿设备树的叶子向其根的方向依次遍历，以保证能以正确顺序关闭各设备的电源。
kobject
kobject 类似于面向对象中的基类，设备类继承该类
// include/linux/kobject.h
struct kobject {
const char *name;
struct list_head entry;
struct kobject *parent;// 父对象指针，用于表达设备树中的层次关系
struct kset *kset;
struct kobj_type *ktype;
struct sysfs_dirent *sd; // sysfs的dirent对象指针，指向本对象(本对象在sysfs中其实是一个文件)
struct kref kref;// 引用计数
unsigned int state_initialized:1;
unsigned int state_in_sysfs:1;
unsigned int state_add_uevent_sent:1;
unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
unsigned int uevent_suppress:1;
};kobject的一个派生类是cdev ,表示字符设备:
struct cdev
{
struct kobject kobj; // 嵌入kobject表示继承，必须放在结构体开头实现多态
// 后面为该类的特有成员
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};ktype
kobject 的成员 ktype 表示本 kobject 的类型，多个 kobject 可以关联同一个 ktype，描述一类 kobject 所具有的普遍特性。
// include/linux/kobject.h
struct kobj_type {
void (*release)(struct kobject *kobj); // 引用计数归0时的析构函数，也就是同类kobject通用
const struct sysfs_ops *sysfs_ops; // sysfs 的操作方法
struct attribute **default_attrs; // 属性，是个数组
const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};kset
kset 用于对诸多 kobject 及其派生类对象进行分组（分组和 ktype 无关，即使 ktype 相同的也能分到不同组中）。分组依据比如“全部的块设备”，kset 的存在让分组更灵活，而不受限于相同或是不同的 ktype。
kset 的存在是为了将 kobject 分组映射为 sysfs 中的目录关系信息.
// include/linux/kobject.h
struct kset {
struct list_head list; // 链表，连接该kset管理的所有组内kobj，指向kobj链表上的第一个节点
spinlock_t list_lock; // 保护链表的自旋锁
struct kobject kobj; // 作为组内的所有kobject的基类,这是kset的一大功能
const struct kset_uevent_ops *uevent_ops; // 用于处理集合中kobject对象的热插拔操作
};kset 对象作为链表头连接一组 kobject（kobj 之间通过 kobject 内的 entry 成员连接）：
引用计数
类似于高级语言的gc机制，当引用数为０时回收对象.
kref结构：
// include/linux/kref.h
struct kref {
atomic_t refcount;
};引用计数操作方法：
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj);
void kobject_put(struct kobject *kobj);sysfs
sysfs 文件系统是一个处于内存中的虚拟文件系统，它为我们提供了 kobject 对象层次结构的视图。kobject 被映射为目录（非文件），通过 sd 成员映射目录项。
sysfs 取代了原来 ioctl() 操作设备节点和 procfs 文件系统操作内核变量的方式。只需在 sysfs 的目录中创建一个文件并关联设备，就能直接通过文件接口操作设备。
要实现 sysfs 的映射，需要扫描所有 kobject 的 parent 和 kset 成员：
- 如果 parent 为另一个 kobject，则本 kobject 就是其 parent 的子节点，在 sysfs 中也就是子目录（直接的 kobj 树，依赖 parent 构成的树）
- 如果 parent 为 NULL, kset 成员有值，则该 kobject 对应的 sysfs 目录是 kset->kobj 的子目录（kobj 不在直接的 kobj 树中，而是在kset下构成的树中）
- 如果 parent 为 NULL，keset 也为 NULL，则说明其为 root，在 sysfs 中对应根级目录
扫描完成后即可确定文件系统目录树。
HAL基于 sysfs 中的数据建立起了一个内存数据库，将 class 概念、设备概念和驱动概念联系到一起。在这些数据之上，HAL 提供了丰富的 API 以使得应用程序更灵活。
sysfs中添加和删除kobject
kobject默认初始化后并不关联到sysfs,需要使用kobject_add() ．
向sysfs中添加文件(attr)
kobject对应sysfs中的目录，而kobject对象中的default_attr数组对应sysfs中的文件．
该数组负责将内核数据映射成sysfs中的文件．
默认文件
kobject对象中的成员default_attrs 数组表示目录下的默认文件，sysfs_ops成员则描述了如何使用这些文件：
// include/linux/sysfs.h
struct sysfs_ops {
// 读取文件,从kobj（表示目录）和attr（表示文件）中，读取数据到buf中
ssize_t (*show)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,char *buf);
// 写入文件
ssize_t (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t);
const void *(*namespace)(struct kobject *, const struct attribute *);
};文件的创建与修改
一般而言，相同 ktype 的 kobject 的 default_attrs 都是相同的，也就是这些目录下的文件组织结构(文件名，权限)都相同。
// 创建文件
int sysfs_create_file(struct kobject *kobj, const struct attribute tattr);
// 创建符号链接
int sysfs_create_link(struct kobject *kobj, struct kobject *target, char *name);
// 删除新文件
void sysfs_remove_file(struct kobject *kobj, const struct attribute *attr);
// 删除符号链接
void sysfs_remove_link(struct kobject *kobj, char *name) ;
sysfs约定
- 一值一文件：sysfs 属性应该保证每个文件只导出一个值，该值应该是文本形式而且映射为简单 C 类型。避免文件内容过于复杂，这样使用 shell 或 C 语言读取写入该文件就会简单得多。
- 清晰的层次组织数据
- sysfs 提供内核到用户空间的服务
- sysfs 已经取代
ioctl()和procfs，尽可能得使用 sysfs 操作内核变量
内核事件层
内核事件层实现了内核到用户的消息通知系统（通过 kobject 和 sysfs）
事件是实现异步操作的必要组成部分，常见事件如硬盘满了，处理器过热了，分区挂载了。
每个事件源都是一个 sysfs 路径，比如一个硬盘通知事件源为 /sys/block/hda。
内核事件由内核空间传递到用户空间需要经过netlink（netlink 是一个用于传送网络信息的多点传送套接字）。使用示例：在用户空间实现一个系统后台服务用于监听套接字(socket)，处理任何读到的信息，并将事件传送到系统栈里，通过该方法也能实现将事件整合入 D-BUS。
在内核代码中向用户空间发送信号使用函数kobject_uevent(), 最终事件就是包含 kobject 对应的 sysfs 路径和信号动作的字符串。