Linux 장치 모델에 대한 자세한 설명(4)

1. 소개

sysfs는 Kobject와 함께 커널 데이터 구조와 속성을 사용자 공간으로 내보내는 데 사용되는 RAM 기반 파일 시스템으로, 파일 디렉터리 구조 형태로 이러한 데이터 구조에 대한 액세스 지원을 제공합니다.

Linux 장치 모델에 대한 자세한 설명(4)_sysfs

sysfs에는 파일 시스템의 모든 속성이 있지만 이 문서에서는 Linux 장치 모델의 기능에 중점을 둡니다. 따라서 파일 시스템 구현 세부 사항을 너무 많이 다루지는 않고 장치 모델에서 sysfs의 역할과 사용만 소개합니다. 구체적으로 다음을 포함합니다:

sysfs와 Kobject의 관계
속성의 개념
sysfs

2. sysfs와 Kobject의 관계

"Linux Device Model_Kobject" 기사에서는 각 Kobject가 sysfs의 디렉터리에 해당한다고 언급되어 있습니다. 따라서 Kobject를 커널에 추가할 때 create_dir 인터페이스는 sysfs 파일 시스템의 디렉터리 생성 인터페이스를 호출하여 Kobject에 해당하는 디렉터리를 생성합니다.

으아악

3.속성

3.1 속성 함수 개요

sysfs에는 왜 속성이라는 개념이 있나요? 실제로 kobject의 "속성"을 참조하여 kobject에 해당합니다. 우리는 알고 있어요,

sysfs의 디렉토리는 kobject를 설명하고 kobject는 특정 데이터 유형 변수(예: 구조체 장치)의 구현입니다. 따라서 kobject의 속성은 이러한 변수의 속성입니다. 이름, 내부 변수, 문자열 등 무엇이든 될 수 있습니다. 속성은 sysfs 파일 시스템에서 파일 형식으로 제공됩니다. 즉, kobject의 모든 속성은 해당 sysfs 디렉터리에 파일 형식으로 제공됩니다. 이러한 파일은 일반적으로 읽고 쓸 수 있으며 이러한 속성을 정의하는 커널의 모듈은 사용자 공간의 읽기 및 쓰기 작업을 기반으로 이러한 속성의 값을 기록하고 반환합니다.

요약하자면, 소위 속성은 커널 공간과 사용자 공간 간의 정보 상호 작용을 위한 방법입니다. 예를 들어, 드라이버가 변수를 정의하고 사용자 공간 프로그램이 변수를 수정하여 드라이버의 실행 동작을 제어할 수 있기를 바라는 경우 해당 변수는 sysfs 속성으로 열 수 있습니다.

Linux 커널에서 속성은 다음과 같이 일반 속성과 바이너리 속성으로 구분됩니다.

으아악

struct 속성은 공통 속성입니다. 이 속성을 사용하여 생성된 sysfs 파일은 문자열 형식으로만 읽고 쓸 수 있습니다. (이유는 나중에 설명하겠습니다.) struct 속성을 기반으로 struct bin_attribute는 읽기, 쓰기 및 기타 기능을 추가하므로 생성되는 sysfs 파일은 어떤 방식으로든 읽고 쓸 수 있습니다.

기본 개념에 대해 이야기한 후 두 가지 질문을 해야 합니다.

커널은 어떻게 sysfs에서 속성을 파일로 변환하나요?

사용자 공간의 sysfs 파일에 대한 읽기 및 쓰기 작업을 커널에 전달하는 방법은 무엇입니까?

아래 과정을 살펴보겠습니다.

3.2 속성 파일 생성

Linux 커널에서는 fs/sysfs/file.c의 sysfs_create_file 인터페이스에 의해 속성 파일 생성이 완료됩니다. 이 인터페이스의 구현에는 특별한 것이 없으며 대부분 파일 시스템 관련 작업이 아닙니다. 장치 모델과 관련이 많으므로 여기서는 건너뛰겠습니다.

3.3 속성 파일 읽기 및 쓰기

3.1장에서 struct 속성의 프로토타입을 보면 구조가 매우 간단하고 name은 파일 이름을 나타내고 mode는 파일 모드를 나타내며 다른 필드는 커널 잠금 및 파일 디버깅을 위해 커널에서 사용된다고 중얼거릴 수 있습니다. 인터페이스는 어디에 있나요?

걱정하지 마세요. fs/sysfs 디렉터리로 이동하여 sysfs 관련 코드 로직을 살펴보겠습니다.

모든 파일 시스템은 이 파일 시스템의 작업 인터페이스를 설명하기 위해 struct file_options 변수를 정의하며 sysfs도 예외는 아닙니다.

으아악

속성 파일의 읽기 작업은 VFS에서 sysfs_file_Operations의 읽기(즉, sysfs_read_file) 인터페이스로 전송됩니다. 이 인터페이스의 처리 논리를 대략적으로 살펴보겠습니다.

 1: /* fs/sysfs/file.c, line 127 */
 2: static ssize_t
 3: sysfs_read_file(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
 4: {
 5:     struct sysfs_buffer * buffer = file->private_data;
 6:     ssize_t retval = 0;
 7:  
 8:     mutex_lock(&buffer->mutex);
 9:     if (buffer->needs_read_fill || *ppos == 0) {
 10:        retval = fill_read_buffer(file->f_path.dentry,buffer);
 11:        if (retval)
 12:            goto out;
 13:    }
 14: ...
 15: }
 16: /* fs/sysfs/file.c, line 67 */
 17: static int fill_read_buffer(struct dentry * dentry, struct sysfs_buffer * buffer)
 18: {           
 19:    struct sysfs_dirent *attr_sd = dentry->d_fsdata;
 20:    struct kobject *kobj = attr_sd->s_parent->s_dir.kobj;
 21:    const struct sysfs_ops * ops = buffer->ops;
 22:    ...        
 23:    count = ops->show(kobj, attr_sd->s_attr.attr, buffer->page);
 24:    ...
 25: }

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“

read处理看着很简单，sysfs_read_file从file指针中取一个私有指针（注：大家可以稍微留一下心，私有数据的概念，在VFS中使用是非常普遍的），转换为一个struct sysfs_buffer类型的指针，以此为参数（buffer），转身就调用fill_read_buffer接口。

而fill_read_buffer接口，直接从buffer指针中取出一个struct sysfs_ops指针，调用该指针的show函数，即完成了文件的read操作。

那么后续呢？当然是由ops->show接口接着处理咯。而具体怎么处理，就是其它模块（例如某个driver）的事了，sysfs不再关心（其实，Linux大多的核心代码，都是只提供架构和机制，具体的实现，也就是苦力，留给那些码农吧！这就是设计的魅力）。

不过还没完，这个struct sysfs_ops指针哪来的？好吧，我们再看看open(sysfs_open_file)接口吧。

”

 1: /* fs/sysfs/file.c, line 326 */
 2: static int sysfs_open_file(struct inode *inode, struct file *file)
 3: {
 4:     struct sysfs_dirent *attr_sd = file->f_path.dentry->d_fsdata;
 5:     struct kobject *kobj = attr_sd->s_parent->s_dir.kobj;
 6:     struct sysfs_buffer *buffer;
 7:     const struct sysfs_ops *ops;
 8:     int error = -EACCES;
 9:  
 10:    /* need attr_sd for attr and ops, its parent for kobj */
 11:    if (!sysfs_get_active(attr_sd))
 12:    return -ENODEV;
 13:  
 14:    /* every kobject with an attribute needs a ktype assigned */
 15:    if (kobj->ktype && kobj->ktype->sysfs_ops)
 16:        ops = kobj->ktype->sysfs_ops;
 17:    else {
 18:        WARN(1, KERN_ERR "missing sysfs attribute operations for "
 19:            "kobject: %s\n", kobject_name(kobj));
 20:        goto err_out;
 21:    }
 22:  
 23:    ...
 24:  
 25:    buffer = kzalloc(sizeof(struct sysfs_buffer), GFP_KERNEL);
 26:    if (!buffer)
 27:        goto err_out;
 28:  
 29:    mutex_init(&buffer->mutex);
 30:    buffer->needs_read_fill = 1;
 31:    buffer->ops = ops;
 32:    file->private_data = buffer;
 33:    ...
 34: }

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“

哦，原来和ktype有关系。这个指针是从该attribute所从属的kobject中拿的。再去看一下”Linux设备模型_Kobject”中ktype的定义，还真有一个struct sysfs_ops的指针。

我们注意一下14行的注释以及其后代码逻辑，如果从属的kobject（就是attribute文件所在的目录）没有ktype，或者没有ktype->sysfs_ops指针，是不允许它注册任何attribute的！

经过确认后，sysfs_open_file从ktype中取出struct sysfs_ops指针，并在随后的代码逻辑中，分配一个struct sysfs_buffer类型的指针（buffer），并把struct sysfs_ops指针保存在其中，随后（注意哦），把buffer指针交给file的private_data，随后read/write等接口便可以取出使用。嗯！惯用伎俩！

”

顺便看一下struct sysfs_ops吧，我想你已经能够猜到了。

 1: /* include/linux/sysfs.h, line 124 */
 2: struct sysfs_ops {
 3:     ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);
 4:     ssize_t (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t);
 5:     const void *(*namespace)(struct kobject *, const struct attribute *);
 6: };

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attribute文件的write过程和read类似，这里就不再多说。另外，上面只分析了普通attribute的逻辑，而二进制类型的呢？也类似，去看看fs/sysfs/bin.c吧，这里也不说了。

讲到这里，应该已经结束了，事实却不是如此。上面read/write的数据流，只到kobject（也就是目录）级别哦，而真正需要操作的是attribute（文件）啊！这中间一定还有一层转换！确实，不过又交给其它模块了。下面我们通过一个例子，来说明如何转换的。

4. sysfs在设备模型中的应用总结

让我们通过设备模型class.c中有关sysfs的实现，来总结一下sysfs的应用方式。

首先，在class.c中，定义了Class所需的ktype以及sysfs_ops类型的变量，如下：

 1: /* drivers/base/class.c, line 86 */
 2: static const struct sysfs_ops class_sysfs_ops = {
 3:     .show      = class_attr_show,
 4:     .store     = class_attr_store,
 5:     .namespace = class_attr_namespace,
 6: };  
 7: 
 8: static struct kobj_type class_ktype = {
 9:     .sysfs_ops  = &class_sysfs_ops,
 10:    .release    = class_release,
 11:    .child_ns_type  = class_child_ns_type,
 12: };

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由前面章节的描述可知，所有class_type的Kobject下面的attribute文件的读写操作，都会交给class_attr_show和class_attr_store两个接口处理。以class_attr_show为例：

 1: /* drivers/base/class.c, line 24 */
 2: #define to_class_attr(_attr) container_of(_attr, struct class_attribute, attr)
 3:  
 4: static ssize_t class_attr_show(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,
 5: char *buf)
 6: {   
 7:     struct class_attribute *class_attr = to_class_attr(attr);
 8:     struct subsys_private *cp = to_subsys_private(kobj);
 9:     ssize_t ret = -EIO;
 10:  
 11:    if (class_attr->show)
 12:    ret = class_attr->show(cp->class, class_attr, buf);
 13:    return ret;
 14: }

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该接口使用container_of从struct attribute类型的指针中取得一个class模块的自定义指针：struct class_attribute，该指针中包含了class模块自身的show和store接口。下面是struct class_attribute的声明：

 1: /* include/linux/device.h, line 399 */
 2: struct class_attribute {
 3:     struct attribute attr;
 4:     ssize_t (*show)(struct class *class, struct class_attribute *attr,
 5:                     char *buf);
 6:     ssize_t (*store)(struct class *class, struct class_attribute *attr,
 7:                     const char *buf, size_t count);
 8:     const void *(*namespace)(struct class *class,
 9:                                 const struct class_attribute *attr); 
 10: };

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因此，所有需要使用attribute的模块，都不会直接定义struct attribute变量，而是通过一个自定义的数据结构，该数据结构的一个成员是struct attribute类型的变量，并提供show和store回调函数。然后在该模块ktype所对应的struct sysfs_ops变量中，实现该本模块整体的show和store函数，并在被调用时，转接到自定义数据结构（struct class_attribute）

위 내용은 Linux 장치 모델에 대한 자세한 설명(4)_sysfs의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!