Linux 設(shè)備驅(qū)動管理之內(nèi)核對象(Kernel Object)機(jī)制

Linux內(nèi)核是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它通過一系列的機(jī)制和結(jié)構(gòu)體來管理和表示系統(tǒng)中的資源。其中一個關(guān)鍵的概念是“內(nèi)核對象”（Kernel Object，簡稱kobject）。本文將深入探討kobject機(jī)制，它如何在Linux設(shè)備驅(qū)動管理中扮演關(guān)鍵角色。

什么是內(nèi)核對象（kobject）？

內(nèi)核對象是Linux內(nèi)核中的一個基本抽象，用于表示內(nèi)核中的所有對象，如設(shè)備、模塊、文件系統(tǒng)等。它不僅是系統(tǒng)資源的代表，還提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方式來管理這些資源。

kobject的核心作用

kobject提供了一個通用的結(jié)構(gòu)體，使得內(nèi)核的不同部分可以以統(tǒng)一的方式處理不同類型的對象。kobjects連接著內(nèi)核與用戶空間的橋梁，通常通過sysfs（一個虛擬文件系統(tǒng)）暴露給用戶空間，允許用戶空間程序與內(nèi)核進(jìn)行交互。

kobject的結(jié)構(gòu)和生命周期

kobject由struct kobject定義，在內(nèi)核頭文件<linux/kobject.h>中。

struct kobject {const char              *name;struct list_head        entry;struct kobject          *parent;struct kset             *kset;struct kobj_type        *ktype;struct sysfs_dirent     *sd;struct kref             kref;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;
};

kobject生命周期管理

kobject的生命周期管理是通過引用計數(shù)來實現(xiàn)的，內(nèi)核使用struct kref來跟蹤kobject的引用計數(shù)。創(chuàng)建一個kobject后，需要初始化其引用計數(shù)并將其添加到sysfs中。

kobject和sysfs

kobject通常與sysfs文件系統(tǒng)一起使用，sysfs是一個以內(nèi)核對象為基礎(chǔ)的虛擬文件系統(tǒng)，它將內(nèi)核對象的屬性暴露為文件系統(tǒng)中的文件。當(dāng)創(chuàng)建一個kobject時，可以將它與一個sysfs目錄項相關(guān)聯(lián)，用戶空間的程序就可以通過讀寫這些文件來查詢狀態(tài)或發(fā)送命令。

kobject的創(chuàng)建和注冊

創(chuàng)建和注冊一個kobject通常包含以下步驟：

1. 內(nèi)存分配：分配并初始化一個struct kobject實例。
2. 設(shè)置kobject類型：為kobject設(shè)置一個kobj_type實例，定義了一系列與該kobject相關(guān)的屬性和方法。
3. 父對象設(shè)置：如果kobject屬于其他對象的一部分，那么我們需要設(shè)置它的父kobject。
4. 添加到sysfs：調(diào)用kobject_add()將kobject添加到sysfs。
5. 發(fā)送uevent：通過調(diào)用kobject_uevent()，內(nèi)核可以向用戶空間發(fā)送一個事件，告訴它已經(jīng)有一個新的kobject被創(chuàng)建。

示例代碼

#include <linux/kobject.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/sysfs.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>static int my_sys;
static struct kobject *example_kobject;static ssize_t my_sys_show(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf)
{return sprintf(buf, "%d\n", my_sys);
}static ssize_t my_sys_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, const char *buf, size_t count)
{sscanf(buf, "%du", &my_sys);return count;
}static struct kobj_attribute my_sys_attribute = __ATTR(my_sys, 0660, my_sys_show, my_sys_store);static int __init mymodule_init (void)
{int error = 0;pr_debug("Module initialized successfully \n");example_kobject = kobject_create_and_add("kobject_example", kernel_kobj);if(!example_kobject)return -ENOMEM;error = sysfs_create_file(example_kobject, &my_sys_attribute.attr);if (error) {pr_debug("failed to create the foo file in /sys/kernel/kobject_example \n");}return error;
}static void __exit mymodule_exit (void)
{pr_debug("Module un initialized successfully \n");kobject_put(example_kobject);
}module_init(mymodule_init);
module_exit(mymodule_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Anonymous");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example Linux module.");
MODULE_VERSION("0.01");

在這個例子中，我們創(chuàng)建了一個簡單的內(nèi)核模塊，它在/sys/kernel/kobject_example下面創(chuàng)建了一個kobject。該kobject有一個屬性my_sys，它可以通過sysfs文件系統(tǒng)讀寫。

總結(jié)

內(nèi)核對象（kobject）是Linux內(nèi)核中用于管理和表示內(nèi)核資源的抽象基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。kobject機(jī)制與sysfs緊密集成，提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法來管理不同類型的內(nèi)核資源，并使內(nèi)核能夠以一種可擴(kuò)展和動態(tài)的方式與用戶空間交互。理解kobject對于開發(fā)和理解Linux設(shè)備驅(qū)動至關(guān)重要。通過本文的解釋和代碼示例，讀者應(yīng)該能夠開始在自己的設(shè)備驅(qū)動程序中利用kobject提供的功能。