《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》讀書筆記（十七）- 設(shè)備與模塊

本章主要討論與linux的設(shè)備驅(qū)動和設(shè)備管理的相關(guān)的4個(gè)內(nèi)核成分，設(shè)備類型，模塊，內(nèi)核對象，sysfs。

主要內(nèi)容：

設(shè)備類型
內(nèi)核模塊
內(nèi)核對象
sysfs
總結(jié)

1. 設(shè)備類型

linux中主要由3種類型的設(shè)備，分別是：

設(shè)備類型	代表設(shè)備	特點(diǎn)	訪問方式
塊設(shè)備	硬盤，光盤	隨機(jī)訪問設(shè)備中的內(nèi)容	一般都是把設(shè)備掛載為文件系統(tǒng)后再訪問
字符設(shè)備	鍵盤，打印機(jī)	只能順序訪問(一個(gè)一個(gè)字符或者一個(gè)一個(gè)字節(jié))	一般不掛載，直接和設(shè)備交互
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備	網(wǎng)卡	打破了Unix "所有東西都是文件" 的設(shè)計(jì)原則	通過套接字API來訪問

除了以上3種典型的設(shè)備之外，其實(shí)Linux中還有一些其他的設(shè)備類型，其中見的較多的應(yīng)該算是"偽設(shè)備"。

所謂"偽設(shè)備"，其實(shí)就是一些虛擬的設(shè)備，僅提供訪問內(nèi)核功能而已，沒有物理設(shè)備與之關(guān)聯(lián)。

典型的"偽設(shè)備"就是 /dev/random(內(nèi)核隨機(jī)數(shù)發(fā)生器)， /dev/null(空設(shè)備)， /dev/zero(零設(shè)備)， /dev/full(滿設(shè)備)

2. 內(nèi)核模塊

Linux內(nèi)核是模塊化組成的，內(nèi)核中的模塊可以按需加載，從而保證內(nèi)核啟動時(shí)不用加載所有的模塊，即減少了內(nèi)核的大小，也提高了效率。

通過編寫內(nèi)核模塊來給內(nèi)核增加功能或者接口是個(gè)很好的方式（既不用重新編譯內(nèi)核，也方便調(diào)試和刪除）。

2.1 內(nèi)核模塊示例

內(nèi)核模塊可以帶參數(shù)也可以不帶參數(shù)，不帶參數(shù)的內(nèi)核模塊比較簡單。

我之前的幾篇隨筆中用于測試的例子都是用不帶參數(shù)的內(nèi)核模塊來實(shí)驗(yàn)的。

2.1.1. 無參數(shù)的內(nèi)核模塊

參考：

《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》讀書筆記（六）- 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》讀書筆記（八）- 中斷下半部的處理

《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》讀書筆記（十一）- 定時(shí)器和時(shí)間管理

2.1.2. 帶參數(shù)的內(nèi)核模塊

構(gòu)造帶參數(shù)的內(nèi)核模塊其實(shí)也不難，內(nèi)核中已經(jīng)提供了簡單的框架來給我們聲明參數(shù)。

1. module_param(name, type, perm) : 定義一個(gè)模塊參數(shù)

+ 參數(shù) name :: 既是用戶可見的參數(shù)名，也是模塊中存放模塊參數(shù)的變量名

+ 參數(shù) type :: 參數(shù)的類型(byte, short, int, uint, long, ulong, charp, bool...) byte型存放在char變量中，bool型存放在int變量中

+ 參數(shù) perm :: 指定模塊在 sysfs 文件系統(tǒng)中對應(yīng)的文件權(quán)限(關(guān)于 sysfs 的內(nèi)容后面介紹)

static int stu_id = 0;  // 默認(rèn)id
module_param(stu_id, int, 0644);

2. module_param_named(name, variable, type, perm) : 定義一個(gè)模塊參數(shù)，并且參數(shù)對內(nèi)對外的名稱不一樣

+ 參數(shù) name :: 用戶可見的參數(shù)名

+ 參數(shù) variable :: 模塊中存放模塊參數(shù)的變量名

+ 參數(shù) type和perm :: 同 module_param 中的 type 和 perm

static char* stu_name_in = "default name"; // 默認(rèn)名字
module_param_named(stu_name_out, stu_name_in ,charp, 0644);
/* stu_name_out 是對用戶開放的名稱
 * stu_name_in 是內(nèi)核模塊內(nèi)部使用的名稱
 */

3. module_param_string(name, string, len, perm) : 拷貝字符串到指定的字符數(shù)組

+ 參數(shù) name :: 用戶可見的參數(shù)名

+ 參數(shù) string :: 模塊中存放模塊參數(shù)的變量名

+ 參數(shù) len :: string 參數(shù)的緩沖區(qū)長度

+ 參數(shù) perm :: 同 module_param 中的 perm

static char str_in[BUF_LEN];
module_param_string(str_out, str_in, BUF_LEN, 0);
/* perm=0 表示完全禁止 sysfs 項(xiàng) */

4. module_param_array(name, type, nump, perm) : 定義數(shù)組類型的模塊參數(shù)

+ 參數(shù) name :: 同 module_param 中的 name

+ 參數(shù) type :: 同 module_param 中的 type

+ 參數(shù) nump :: 整型指針，存放數(shù)組的長度

+ 參數(shù) perm :: 同 module_param 中的 perm

#define MAX_ARR_LEN 5
static int arr_len;
static int arr_in[MAX_ARR_LEN];
module_param_array(arr_in, int, &arr_len, 0644);

5. module_param_array_named(name, array, type, nump, perm) : 定義數(shù)組類型的模塊參數(shù),并且數(shù)組參數(shù)對內(nèi)對外的名稱不一樣

+ 參數(shù) name :: 數(shù)組參數(shù)對外的名稱

+ 參數(shù) array :: 數(shù)組參數(shù)對內(nèi)的名稱

+ 參數(shù) type，nump，perm :: 同 module_param_array 中的 type，nump，perm

#define MAX_ARR_LEN 5
static int arr_len;
static int arr_in[MAX_ARR_LEN];
module_param_array_named(arr_out, arr_in, int, &arr_len, 0644);

6. 參數(shù)描述宏

可以通過 MODULE_PARM_DESC() 來給內(nèi)核模塊的參數(shù)添加一些描述信息。

這些描述信息在編譯完內(nèi)核模塊后，可以通過 modinfo 命令查看。

static int stu_id = 0;  // 默認(rèn)id
module_param(stu_id, int, 0644);
MODULE_PARM_DESC(stu_id, "學(xué)生ID，默認(rèn)為 0");  // 這句就是描述內(nèi)核模塊參數(shù) stu_id 的語句

7. 帶參數(shù)的內(nèi)核模塊的示例

示例代碼：test_paramed_km.c

定義了3個(gè)內(nèi)核模塊參數(shù)，分別是 int型，char*型，數(shù)組型的。

#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

struct student
{
    int id;
    char* name;
};
static void print_student(struct student*);

static int stu_id = 0;  // 默認(rèn)id
module_param(stu_id, int, 0644);
MODULE_PARM_DESC(stu_id, "學(xué)生ID，默認(rèn)為 0");

static char* stu_name_in = "default name"; // 默認(rèn)名字
module_param_named(stu_name_out, stu_name_in ,charp, 0644);
MODULE_PARM_DESC(stu_name, "學(xué)生姓名，默認(rèn)為 default name");

#define MAX_ARR_LEN 5
static int arr_len;
static int arr_in[MAX_ARR_LEN];
module_param_array_named(arr_out, arr_in, int, &arr_len, 0644);
MODULE_PARM_DESC(arr_in, "數(shù)組參數(shù)，默認(rèn)為空");

static int test_paramed_km_init(void)
{
    struct student* stu1;
    int i;
    
    /* 進(jìn)入內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "test_paramed_km is inited!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    // 根據(jù)參數(shù)生成 struct student 信息
    // 如果沒有參數(shù)就用默認(rèn)參數(shù)
    printk(KERN_ALERT "alloc one student....\n");
    stu1 = kmalloc(sizeof(*stu1), GFP_KERNEL);
    stu1->id = stu_id;
    stu1->name = stu_name_in;
    print_student(stu1);

    // 模塊數(shù)組
    for (i = 0; i < arr_len; ++i) {
        printk(KERN_ALERT "arr_value[%d]: %d\n", i, arr_in[i]);
    }

    
    return 0;
}

static void test_paramed_km_exit(void)
{
    /* 退出內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "test_paramed_km is exited!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "\n\n\n\n\n");
}

static void print_student(struct student *stu)
{
    if (stu != NULL)
    {
        printk(KERN_ALERT "**********student info***********\n");
        printk(KERN_ALERT "student id   is: %d\n", stu->id);
        printk(KERN_ALERT "student name is: %s\n", stu->name);
        printk(KERN_ALERT "*********************************\n");
    }
    else
        printk(KERN_ALERT "the student info is null!!\n");    
}

module_init(test_paramed_km_init);
module_exit(test_paramed_km_exit);

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上面的示例對應(yīng)的 Makefile 如下：

# must complile on customize kernel
obj-m += paramed_km.o
paramed_km-objs := test_paramed_km.o

#generate the path
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
#the current kernel version number
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
#the absolute path
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/$(LINUX_KERNEL)
#complie object
all:
    make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
#clean
clean:
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.unsigned

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內(nèi)核模塊運(yùn)行方法：(我的運(yùn)行環(huán)境是 CentOS 6.3 x86_64)

[root@vbox chap17]# uname -r
2.6.32-279.el6.x86_64
[root@vbox chap17]# ll
total 8
-rw-r--r-- 1 root root  538 Dec  1 19:37 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 2155 Dec  1 19:37 test_paramed_km.c
[root@vbox chap17]# make    <-- 編譯內(nèi)核
make -C /usr/src/kernels/2.6.32-279.el6.x86_64 M=/root/chap17 modules
make[1]: Entering directory `/usr/src/kernels/2.6.32-279.el6.x86_64'
  CC [M]  /root/chap17/test_paramed_km.o
  LD [M]  /root/chap17/paramed_km.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /root/chap17/paramed_km.mod.o
  LD [M]  /root/chap17/paramed_km.ko.unsigned
  NO SIGN [M] /root/chap17/paramed_km.ko
make[1]: Leaving directory `/usr/src/kernels/2.6.32-279.el6.x86_64'
rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
[root@vbox chap17]# ll   <-- 編譯內(nèi)核后，多了 paramed_km.ko 文件
total 124
-rw-r--r-- 1 root root    538 Dec  1 19:37 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 118352 Dec  1 19:37 paramed_km.ko
-rw-r--r-- 1 root root   2155 Dec  1 19:37 test_paramed_km.c

<-- 通過 modinfo 命令可以查看對內(nèi)核模塊參數(shù)的注釋
[root@vbox chap17]# modinfo  paramed_km.ko
filename:       paramed_km.ko
license:        Dual BSD/GPL
srcversion:     C52F97687B033738742800D
depends:
vermagic:       2.6.32-279.el6.x86_64 SMP mod_unload modversions
parm:           stu_id:學(xué)生ID，默認(rèn)為 0 (int)
parm:           stu_name_out:charp
parm:           stu_name_in:學(xué)生姓名，默認(rèn)為 default name
parm:           arr_out:array of int
parm:           arr_in:數(shù)組參數(shù)，默認(rèn)為空

<-- 3 個(gè)參數(shù)都是默認(rèn)的
[root@vbox chap17]# insmod paramed_km.ko
[root@vbox chap17]# rmmod paramed_km.ko
[root@vbox chap17]# dmesg | tail -16  <-- 結(jié)果中顯示2個(gè)默認(rèn)參數(shù)，第3個(gè)數(shù)組參數(shù)默認(rèn)為空，所以不顯示
*************************
test_paramed_km is inited!
*************************
alloc one student....
**********student info***********
student id   is: 0
student name is: default name
*********************************
*************************
test_paramed_km is exited!
*************************

<-- 3 個(gè)參數(shù)都被設(shè)置
[root@vbox chap17]# insmod paramed_km.ko stu_id=100 stu_name_out=myname arr_out=1,2,3,4,5
[root@vbox chap17]# rmmod paramed_km.ko
[root@vbox chap17]# dmesg | tail -21
*************************
test_paramed_km is inited!
*************************
alloc one student....
**********student info***********
student id   is: 100
student name is: myname
*********************************
arr_value[0]: 1
arr_value[1]: 2
arr_value[2]: 3
arr_value[3]: 4
arr_value[4]: 5
*************************
test_paramed_km is exited!
*************************

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2.2 內(nèi)核模塊的位置

2.2.1. 內(nèi)核代碼外

上面的例子，以及之前博客中內(nèi)核模塊的例子都是把模塊代碼放在內(nèi)核之外來運(yùn)行的。

2.2.2. 內(nèi)核代碼中

內(nèi)核模塊的代碼也可以直接放到內(nèi)核代碼樹中。

如果你開發(fā)了一種驅(qū)動，并且希望被加入到內(nèi)核中，那么，可以在編寫驅(qū)動的時(shí)候就將完成此驅(qū)動功能的內(nèi)核模塊加到內(nèi)核代碼樹中 driver 的相應(yīng)位置。

將內(nèi)核模塊加入內(nèi)核代碼樹中之后，不需要另外寫 Makefile，修改內(nèi)核代碼樹中的已有的 Makefile 就行。

比如，寫了一個(gè)某種字符設(shè)備相關(guān)的驅(qū)動，可以把它加到內(nèi)核代碼的 /drivers/char 下，

同時(shí)修改 /drivers/char下的Makefie，仿照里面已有的內(nèi)容，增加新驅(qū)動的編譯相關(guān)內(nèi)容即可。

之后，在編譯內(nèi)核的時(shí)候會將新的驅(qū)動以內(nèi)核模塊的方式編譯出來。

2.3 內(nèi)核模塊相關(guān)操作

2.3.1. 模塊安裝

make modules_install  <-- 把隨內(nèi)核編譯出來的模塊安裝到合適的目錄中( /lib/modules/version/kernel )

2.3.2. 模塊依賴性

linux中自動生產(chǎn)模塊依賴性的命令：

depmod     <-- 產(chǎn)生內(nèi)核依賴關(guān)系信息
depmod -A  <-- 只為新模塊生成依賴信息(速度更快)

2.3.3. 模塊的載入

內(nèi)核模塊實(shí)驗(yàn)時(shí)已經(jīng)用過：

insmod module.ko

<-- 推薦使用以下的命令， 自動加載依賴的模塊
modprobe module [module parameters]

2.3.4. 模塊的卸載

內(nèi)核模塊實(shí)驗(yàn)時(shí)已經(jīng)用過：

rmmod module.ko

<-- 推薦使用以下的命令， 自動卸載依賴的模塊
modprobe -r module

2.3.5. 模塊導(dǎo)出符號表

內(nèi)核模塊被載入后，就動態(tài)的加載到內(nèi)核中，為了能讓其他內(nèi)核模塊使用其功能，需要將其中函數(shù)導(dǎo)出。

內(nèi)核模塊中導(dǎo)出函數(shù)的方法：

EXPORT_SYMBOL(函數(shù)名)       <-- 接在要導(dǎo)出的函數(shù)后面即可
EXPORT_SYMBOL_GPL(函數(shù)名)   <-- 和EXPORT_SYMBOL一樣，區(qū)別在于只對標(biāo)記為GPL協(xié)議的模塊可見

內(nèi)核模塊導(dǎo)出符號表示例：

+ 首先編寫一個(gè)導(dǎo)出函數(shù)的模塊 module_A: test_module_A.c

#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static int test_export_A_init(void)
{
    /* 進(jìn)入內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "ENTRY test_export_A!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "\n\n\n\n\n");
    return 0;
}

static void test_export_A_exit(void)
{
    /* 退出內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "EXIT test_export_A!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "\n\n\n\n\n");
}

/* 要導(dǎo)出的函數(shù) */
int export_add10(int param)
{
    printk(KERN_ALERT "param from other module is : %d\n", param);
    return param + 10;
}
EXPORT_SYMBOL(export_add10);

module_init(test_export_A_init);
module_exit(test_export_A_exit);

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test_module_A.c 的 Makefile

# must complile on customize kernel
obj-m += export_A.o
export_A-objs := test_export_A.o

#generate the path
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
#the current kernel version number
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
#the absolute path
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/$(LINUX_KERNEL)
#complie object
all:
    make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
    rm -rf modules.order .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
#clean
clean:
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.unsigned

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+ 再編寫一個(gè)內(nèi)核模塊 module_B，使用 module_A 導(dǎo)出的函數(shù) : test_module_B.c

#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

extern int export_add10(int);   // 這個(gè)函數(shù)是 module_A 中實(shí)現(xiàn)的

static int test_export_B_init(void)
{
    /* 進(jìn)入內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "ENTRY test_export_B!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "\n\n\n\n\n");

    /* 調(diào)用 module_A 導(dǎo)出的函數(shù) */
    printk(KERN_ALERT "result from test_export_A: %d\n", export_add10(100));
    
    return 0;
}

static void test_export_B_exit(void)
{
    /* 退出內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "EXIT test_export_B!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "\n\n\n\n\n");
}

module_init(test_export_B_init);
module_exit(test_export_B_exit);

View Code

test_module_B.c 的 Makefile

# must complile on customize kernel
obj-m += export_B.o
export_B-objs := test_export_B.o

#generate the path
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
#the current kernel version number
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
#the absolute path
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/$(LINUX_KERNEL)
#complie object
all:
    make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
#clean
clean:
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.unsigned

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+ 測試方法

1. 將 test_export_A.c 和對應(yīng)的 Makefile 拷貝到 module_A 文件夾中

2. 將 test_export_B.c 和對應(yīng)的 Makefile 拷貝到 module_B 文件夾中

3. 編譯 module_A 中的 test_export_A.c

4. 將編譯 module_A 后生成的 Module.symvers 拷貝到 module_B 文件夾中

5. 編譯 module_B 中的 test_export_B.c

6. 先安裝模塊A，再安裝模塊B

7. dmesg 查看log

8. 用 rmmod 卸載模塊B 和模塊A (注意卸載順序，先卸載B再卸載A)

[root@vbox chap17]# ll
total 8
drwxrwxr-x 2 root root 4096 Dec  7 22:14 module_A
drwxrwxr-x 2 root root 4096 Dec  7 22:14 module_B
[root@vbox chap17]# ll module_A
total 8
-rw-r--r-- 1 root root 517 Dec  7 21:58 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 893 Dec  7 21:58 test_export_A.c
[root@vbox chap17]# ll module_B
total 8
-rw-r--r-- 1 root root 532 Dec  7 21:58 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 830 Dec  7 21:58 test_export_B.c

[root@vbox chap17]# cd module_A/
[root@vbox module_A]# ll
total 8
-rw-r--r-- 1 root root 517 Dec  7 21:58 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 893 Dec  7 21:58 test_export_A.c
[root@vbox module_A]# make
make -C /usr/src/kernels/2.6.32-279.el6.x86_64 M=/root/chap17/module_A modules
make[1]: Entering directory `/usr/src/kernels/2.6.32-279.el6.x86_64'
  CC [M]  /root/chap17/module_A/test_export_A.o
  LD [M]  /root/chap17/module_A/export_A.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /root/chap17/module_A/export_A.mod.o
  LD [M]  /root/chap17/module_A/export_A.ko.unsigned
  NO SIGN [M] /root/chap17/module_A/export_A.ko
make[1]: Leaving directory `/usr/src/kernels/2.6.32-279.el6.x86_64'
rm -rf modules.order .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
[root@vbox module_A]# ll
total 120
-rw-r--r-- 1 root root 110452 Dec  7 22:31 export_A.ko
-rw-r--r-- 1 root root    517 Dec  7 21:58 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root     69 Dec  7 22:31 Module.symvers
-rw-r--r-- 1 root root    893 Dec  7 21:58 test_export_A.c

[root@vbox module_A]# cd ../module_B
[root@vbox module_B]# ll
total 8
-rw-r--r-- 1 root root 532 Dec  7 21:58 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 830 Dec  7 21:58 test_export_B.c
[root@vbox module_B]# cp ../module_A/Module.symvers .
[root@vbox module_B]# ll
total 12
-rw-r--r-- 1 root root 532 Dec  7 21:58 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root  69 Dec  7 22:32 Module.symvers
-rw-r--r-- 1 root root 830 Dec  7 21:58 test_export_B.c
[root@vbox module_B]# make
make -C /usr/src/kernels/2.6.32-279.el6.x86_64 M=/root/chap17/module_B modules
make[1]: Entering directory `/usr/src/kernels/2.6.32-279.el6.x86_64'
  CC [M]  /root/chap17/module_B/test_export_B.o
  LD [M]  /root/chap17/module_B/export_B.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /root/chap17/module_B/export_B.mod.o
  LD [M]  /root/chap17/module_B/export_B.ko.unsigned
  NO SIGN [M] /root/chap17/module_B/export_B.ko
make[1]: Leaving directory `/usr/src/kernels/2.6.32-279.el6.x86_64'
rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
[root@vbox module_B]# ll
total 116
-rw-r--r-- 1 root root 108596 Dec  7 22:32 export_B.ko
-rw-r--r-- 1 root root    532 Dec  7 21:58 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root    830 Dec  7 21:58 test_export_B.c

[root@vbox module_B]# insmod ../module_A/export_A.ko 
[root@vbox module_B]# insmod export_B.ko 
[root@vbox module_B]# dmesg | tail -18
*************************
ENTRY test_export_A!
*************************





*************************
ENTRY test_export_B!
*************************





param from other module is : 100
result from test_export_A: 110

[root@vbox module_B]# rmmod export_B
[root@vbox module_B]# rmmod export_A

View Code

注：
1. 必須把編譯模塊A后生成的 Module.symvers 拷貝到module_B 中再編譯模塊B，否在模塊B找不到模塊A導(dǎo)出的函數(shù)

2. 先安裝模塊A，再安裝模塊B。

3. 先卸載模塊B，再卸載模塊A。

4. 安裝卸載如果不按照上面的順序，會有錯(cuò)誤提示，大家可以試試看。

5. 我實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)是 CentOS6.3 x86_64

3. 內(nèi)核對象

2.6內(nèi)核中增加了一個(gè)引人注目的新特性--統(tǒng)一設(shè)備模型(device model)。

統(tǒng)一設(shè)備模型的最初動機(jī)是為了實(shí)現(xiàn)智能的電源管理，linux 內(nèi)核為了實(shí)現(xiàn)智能電源管理，需要建立表示系統(tǒng)中所有設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系的樹結(jié)構(gòu)，

這樣在關(guān)閉電源時(shí)，可以從樹的節(jié)點(diǎn)開始關(guān)閉。

實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一設(shè)備模型之后，還給內(nèi)核帶來了如下的好處:

1. 代碼重復(fù)最小化（統(tǒng)一處理的東西多了）

2. 可以列舉系統(tǒng)中所有設(shè)備，觀察它們的狀態(tài)，并查看它們連接的總線

3. 可以將系統(tǒng)中的全部設(shè)備以樹的形式完整，有效的展示出來--包括所有總線和內(nèi)部連接

4. 可以將設(shè)備和其對應(yīng)的驅(qū)動聯(lián)系起來，反之亦然

5. 可以將設(shè)備按照類型加以歸類，無需理解物理設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

6. 可以沿設(shè)備樹的葉子向其根的反向依次遍歷，以保證能以正確的順序關(guān)閉設(shè)備電源

3.1 kobject 簡介

統(tǒng)一設(shè)備模型的核心部分就是 kobject，通過下面對kobject結(jié)構(gòu)體的介紹，可以大致了解它是如何使得各個(gè)物理設(shè)備能夠以樹結(jié)構(gòu)的形式組織起來的。

3.1.1. kobject

kobject的定義在 <linux/kobject.h> 中

struct kobject {
    const char        *name;                   /* kobject 名稱 */
    struct list_head    entry;               /* kobject 鏈表 */
    struct kobject        *parent;             /* kobject 的父對象，說明kobject是有層次結(jié)構(gòu)的 */
    struct kset        *kset;                   /* kobject 的集合，接下來有詳細(xì)介紹 */
    struct kobj_type    *ktype;              /* kobject 的類型，接下來有詳細(xì)介紹 */
    struct sysfs_dirent    *sd;                 /* 在sysfs中，這個(gè)結(jié)構(gòu)體表示kobject的一個(gè)inode結(jié)構(gòu)體，sysfs之后也會介紹 */
    struct kref        kref;                    /* 提供 kobject 的引用計(jì)數(shù) */
    /* 一些標(biāo)志位  */
    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;
};

View Code

kobject 本身不代表什么實(shí)際的內(nèi)容，一般都是嵌在其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中來發(fā)揮作用。（感覺有點(diǎn)像內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表的節(jié)點(diǎn)）

比如 <linux/cdev.h> 中的 struct cdev （表示字符設(shè)備的struct）

struct cdev {
    struct kobject kobj;    /* 嵌在 cdev 中的kobject */
    struct module *owner;   
    const struct file_operations *ops;
    struct list_head list;
    dev_t dev;
    unsigned int count;
};

cdev中嵌入了kobject之后，就可以通過 cdev->kboj.parent 建立cdev之間的層次關(guān)系，通過 cdev->kobj.entry 獲取關(guān)聯(lián)的所有cdev設(shè)備等。

總之，嵌入了kobject之后，cdev設(shè)備之間就有了樹結(jié)構(gòu)關(guān)系，cdev設(shè)備和其他設(shè)備之間也有可層次關(guān)系。

3.1.2. ktype

ktype是為了描述一族的kobject所具有的普遍屬性，也就是將這一族的kobject的屬性統(tǒng)一定義一下，避免每個(gè)kobject分別定義。

（感覺有點(diǎn)像面向?qū)ο笳Z言中的抽象類或者接口）

ktype的定義很簡單，參見<linux/kobject.h>

struct kobj_type {
    void (*release)(struct kobject *kobj);  /* kobject的引用計(jì)數(shù)降到0時(shí)觸發(fā)的析構(gòu)函數(shù)，負(fù)責(zé)釋放和清理內(nèi)存的工作 */
    struct sysfs_ops *sysfs_ops;            /* sysfs操作相關(guān)的函數(shù) */
    struct attribute **default_attrs;       /* kobject 相關(guān)的默認(rèn)屬性 */
};

3.1.3. kset

kset是kobject對象的集合體，可以所有相關(guān)的kobject置于一個(gè)kset之中，比如所有“塊設(shè)備”可以放在一個(gè)表示塊設(shè)備的kset中。

kset的定義也不復(fù)雜，參見 <linux/kobject.h>

struct kset {
    struct list_head list;    /* 表示kset中所有kobject的鏈表 */
    spinlock_t list_lock;     /* 用于保護(hù) list 的自旋鎖*/
    struct kobject kobj;      /* kset中嵌入的一個(gè)kobject，使得kset也可以表現(xiàn)的像一樣kobject一樣*/
    struct kset_uevent_ops *uevent_ops;  /* 處理kset中kobject的熱插拔事件 提供了與用戶空間熱插拔進(jìn)行通信的機(jī)制 */
};

3.1.4. kobject，ktype和kset之間的關(guān)系

這3個(gè)概念中，kobject是最基本的。kset和ktype是為了將kobject進(jìn)行分類，以便將共通的處理集中處理，從而減少代碼量，也增加維護(hù)性。

這里kset和ktype都是為了將kobject進(jìn)行分類，為什么會有2中分類呢？

從整個(gè)內(nèi)核的代碼來看，其實(shí)kset的數(shù)量是多于ktype的數(shù)量的，同一種ktype的kobject可以位于不同的kset中。

做個(gè)不是很恰當(dāng)?shù)谋扔鳎绻裬object比作一個(gè)人的話，kset相當(dāng)于一個(gè)一個(gè)國家，ktype則相當(dāng)于人種(比如黃種人，白種人等等)。

人種的類型只有少數(shù)幾個(gè)，但是國家確有很多，人種的目的是描述一群人的共通屬性，而國家的目地則是為了管理一群人。

同樣，ktype側(cè)重于描述，kset側(cè)重于管理。

3.1.5. kref

kref記錄kobject被引用的次數(shù)，當(dāng)引用計(jì)數(shù)降到0的時(shí)候，則執(zhí)行release函數(shù)釋放相關(guān)資源。

kref的定義參見：<linux/kref.h>

struct kref {
    atomic_t refcount;  /* 只有一個(gè)表示引用計(jì)數(shù)的屬性，atomic_t 類型表示對它的訪問是原子操作 */
};

void kref_set(struct kref *kref, int num);  /* 設(shè)置引用計(jì)數(shù)的值 */
void kref_init(struct kref *kref);          /* 初始化引用計(jì)數(shù) */
void kref_get(struct kref *kref);           /* 增加引用計(jì)數(shù) +1 */
int kref_put(struct kref *kref, void (*release) (struct kref *kref)); /* 減少引用計(jì)數(shù) -1 當(dāng)減少到0時(shí)，釋放相應(yīng)資源 */

View Code

上面這些函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)可以參考內(nèi)核代碼 lib/kref.c

3.2 kobject 操作

kobject的相關(guān)都在 <linux/kobject.h> 中定義了，主要由以下一些：

extern void kobject_init(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype);  /* 初始化一個(gè)kobject，設(shè)置它是哪種ktype */
extern int __must_check kobject_add(struct kobject *kobj,
                    struct kobject *parent,
                    const char *fmt, ...);   /* 設(shè)置此kobject的parent，將此kobject加入到現(xiàn)有對象層次結(jié)構(gòu)中 */
extern int __must_check kobject_init_and_add(struct kobject *kobj,
                         struct kobj_type *ktype,
                         struct kobject *parent,
                         const char *fmt, ...); /* 初始化kobject，完成kobject_add 函數(shù)的功能*/

extern void kobject_del(struct kobject *kobj); /* 將此kobject從現(xiàn)有對象層次結(jié)構(gòu)中取消 */

extern struct kobject * __must_check kobject_create(void); /* 創(chuàng)建一個(gè)kobject，比kobject_init更常用 */
extern struct kobject * __must_check kobject_create_and_add(const char *name,
                        struct kobject *parent); /* 創(chuàng)建一個(gè)kobject，并將其加入到現(xiàn)有對象層次結(jié)構(gòu)中 */

extern int __must_check kobject_rename(struct kobject *, const char *new_name);  /* 改變kobject的名稱 */
extern int __must_check kobject_move(struct kobject *, struct kobject *); /* 給kobject設(shè)置新的parent */

extern struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj); /* 增加kobject的引用計(jì)數(shù) +1 */
extern void kobject_put(struct kobject *kobj);            /* 減少kobject的引用計(jì)數(shù) -1 */

extern char *kobject_get_path(struct kobject *kobj, gfp_t flag);  /* 生成并返回與給定的一個(gè)kobj和kset相關(guān)聯(lián)的路徑 */

View Code

上面這些函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)可以參考內(nèi)核代碼 lib/kobject.c

4. sysfs

sysfs是一個(gè)處于內(nèi)存中的虛擬文件系統(tǒng)，它提供了kobject對象層次結(jié)構(gòu)的視圖。

可以用下面這個(gè)命令來查看 /sys 的結(jié)構(gòu)

tree /sys       # 顯示所有目錄和文件
或者
tree -L 1 /sys  # 只顯示一層目錄

4.1 sysfs中的kobject

既然sysfs是kobject的視圖，那么內(nèi)核中肯定提供了在sysfs中操作kobject的API。

kobject結(jié)構(gòu)體中與sysfs關(guān)聯(lián)的字段就是「struct sysfs_dirent *sd; 」這是一個(gè)目錄項(xiàng)結(jié)構(gòu)，它表示kobject在sysfs中的位置。

關(guān)于目錄項(xiàng)，可以參考：《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》讀書筆記（十三）- 虛擬文件系統(tǒng)

4.1.1. sysfs中添加和刪除kobject非常簡單，就是上面介紹的 kobject操作中提到的

extern int __must_check kobject_add(struct kobject *kobj,
                    struct kobject *parent,
                    const char *fmt, ...);   /* 設(shè)置此kobject的parent，將此kobject加入到現(xiàn)有對象層次結(jié)構(gòu)中 */
extern int __must_check kobject_init_and_add(struct kobject *kobj,
                         struct kobj_type *ktype,
                         struct kobject *parent,
                         const char *fmt, ...); /* 初始化kobject，完成kobject_add 函數(shù)的功能*/

extern void kobject_del(struct kobject *kobj); /* 將此kobject從現(xiàn)有對象層次結(jié)構(gòu)中取消 */
... ...等等

View Code

添加了kobject之后，只會增加文件夾，不會增加文件。

因?yàn)閗object在sysfs中就是映射成一個(gè)文件夾。

添加刪除kobject的示例代碼如下：

/******************************************************************************
 * @file    : test_kobject.c
 * @author  : wangyubin
 * @date    : Tue Dec 24 09:49:53 2013
 * 
 * @brief   : 測試 kobject的創(chuàng)建和刪除
 * history  : init
 ******************************************************************************/

#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/kobject.h>

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

struct kobject* kobj = NULL;

static int test_kobject_init(void)
{
    /* 初始化kobject，并加入到sysfs中 */    
    kobj = kobject_create_and_add("test_kobject", NULL);
    
    /* 進(jìn)入內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "test_kobject is inited!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    
    return 0;
}

static void test_kobject_exit(void)
{
    /* 如果 kobj 不為空，則將其從sysfs中刪除 */
    if (kobj != NULL)
        kobject_del(kobj);
    /* 退出內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "test_kobject is exited!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "\n\n\n\n\n");
}

module_init(test_kobject_init);
module_exit(test_kobject_exit);

View Code

對應(yīng)的Makefile

# must complile on customize kernel
obj-m += mykobject.o
mykobject-objs := test_kobject.o

#generate the path
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
#the current kernel version number
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
#the absolute path
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/$(LINUX_KERNEL)
#complie object
all:
    make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
#clean
clean:
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.unsigned

View Code

測試方法：(我使用的測試系統(tǒng)是：Centos6.5 x86)

[root@localhost test_kobject]# ll                             <-- 開始時(shí)只有2個(gè)文件，一個(gè)測試代碼，一個(gè)Makefile
total 8
-rw-r--r-- 1 root root 533 Dec 24 09:44 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 908 Dec 24 09:44 test_kobject.c
[root@localhost test_kobject]# make                           <-- 編譯用于測試的內(nèi)核模塊
make -C /usr/src/kernels/2.6.32-431.el6.i686 M=/home/wyb/chap17/test_kobject modules
make[1]: Entering directory `/usr/src/kernels/2.6.32-431.el6.i686'
  CC [M]  /home/wyb/chap17/test_kobject/test_kobject.o
  LD [M]  /home/wyb/chap17/test_kobject/mykobject.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /home/wyb/chap17/test_kobject/mykobject.mod.o
  LD [M]  /home/wyb/chap17/test_kobject/mykobject.ko.unsigned
  NO SIGN [M] /home/wyb/chap17/test_kobject/mykobject.ko
make[1]: Leaving directory `/usr/src/kernels/2.6.32-431.el6.i686'
rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
[root@localhost test_kobject]# ll                             <-- 編譯后多出來的一個(gè)內(nèi)核模塊 ***.ko
total 100
-rw-r--r-- 1 root root   533 Dec 24 09:44 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 91902 Dec 24 09:54 mykobject.ko
-rw-r--r-- 1 root root   908 Dec 24 09:44 test_kobject.c
[root@localhost test_kobject]# ll /sys/                        <-- 安裝內(nèi)核模塊 mykobject.ko 之前的 sysfs結(jié)構(gòu)
total 0
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:28 block
drwxr-xr-x 17 root root 0 Dec 24 09:28 bus
drwxr-xr-x 40 root root 0 Dec 24 09:28 class
drwxr-xr-x  4 root root 0 Dec 24 09:28 dev
drwxr-xr-x 12 root root 0 Dec 24 09:28 devices
drwxr-xr-x  4 root root 0 Dec 24 09:28 firmware
drwxr-xr-x  3 root root 0 Dec 24 09:28 fs
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:44 hypervisor
drwxr-xr-x  5 root root 0 Dec 24 09:28 kernel
drwxr-xr-x 84 root root 0 Dec 24 09:46 module
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:44 power
[root@localhost test_kobject]# insmod mykobject.ko              <-- 安裝內(nèi)核模塊 
[root@localhost test_kobject]# ll /sys/                         <-- 安裝后，sysfs中多了一個(gè)文件夾 test_kobject
total 0
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:28 block
drwxr-xr-x 17 root root 0 Dec 24 09:28 bus
drwxr-xr-x 40 root root 0 Dec 24 09:28 class
drwxr-xr-x  4 root root 0 Dec 24 09:28 dev
drwxr-xr-x 12 root root 0 Dec 24 09:28 devices
drwxr-xr-x  4 root root 0 Dec 24 09:28 firmware
drwxr-xr-x  3 root root 0 Dec 24 09:28 fs
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:44 hypervisor
drwxr-xr-x  5 root root 0 Dec 24 09:28 kernel
drwxr-xr-x 85 root root 0 Dec 24 09:54 module
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:44 power
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:55 test_kobject
[root@localhost test_kobject]# ll /sys/test_kobject/             <-- 追加kobject只能增加文件夾，文件夾中是沒有文件的
total 0
[root@localhost test_kobject]# rmmod mykobject.ko                <-- 卸載內(nèi)核模塊
[root@localhost test_kobject]# ll /sys/                          <-- 卸載后，sysfs 中的文件夾 test_kobject 也消失了
total 0
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:28 block
drwxr-xr-x 17 root root 0 Dec 24 09:28 bus
drwxr-xr-x 40 root root 0 Dec 24 09:28 class
drwxr-xr-x  4 root root 0 Dec 24 09:28 dev
drwxr-xr-x 12 root root 0 Dec 24 09:28 devices
drwxr-xr-x  4 root root 0 Dec 24 09:28 firmware
drwxr-xr-x  3 root root 0 Dec 24 09:28 fs
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:44 hypervisor
drwxr-xr-x  5 root root 0 Dec 24 09:28 kernel
drwxr-xr-x 84 root root 0 Dec 24 09:55 module
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 09:44 power

View Code

4.1.2. sysfs中添加文件

kobject是映射成sysfs中的目錄，那sysfs中的文件是什么呢？

其實(shí)sysfs中的文件就是kobject的屬性，屬性的來源有2個(gè)：

+ 默認(rèn)屬性 :: kobject所關(guān)聯(lián)的ktype中的 default_attrs 字段

默認(rèn)屬性 default_attrs 的類型是結(jié)構(gòu)體 struct attribute，定義在 <linux/sysfs.h>

struct attribute {
    const char        *name;   /* sysfs文件樹中的文件名 */
    struct module        *owner; /* x86體系結(jié)構(gòu)中已經(jīng)不再繼續(xù)使用了，可能在其他體系結(jié)構(gòu)中還會使用 */
    mode_t            mode;   /* sysfs中該文件的權(quán)限 */
};

ktype中的 default_attrs 字段(即默認(rèn)屬性)描述了sysfs中的文件，還有一個(gè)字段 sysfs_ops 則描述了如何使用默認(rèn)屬性。

struct sysfs_ops 的定義也在 <linux/sysfs.h>

struct sysfs_ops {
    /* 在讀sysfs文件時(shí)該方法被調(diào)用 */
    ssize_t    (*show)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,char *buffer);
    /* 在寫sysfs文件時(shí)該方法被調(diào)用 */
    ssize_t    (*store)(struct kobject *kobj,struct attribute *attr,const char *buffer, size_t size);
};

show 方法在讀取sysfs中文件時(shí)調(diào)用，它會拷貝attr提供的屬性到buffer指定的緩沖區(qū)

store 方法在寫sysfs中文件時(shí)調(diào)用，它會從buffer中讀取size字節(jié)的數(shù)據(jù)到attr提供的屬性中

增加默認(rèn)屬性的示例代碼

/******************************************************************************
 * @file    : test_kobject_default_attr.c
 * @author  : wangyubin
 * @date    : Tue Dec 24 10:28:09 2013
 * 
 * @brief   : 測試 kobject 的默認(rèn)屬性的創(chuàng)建和刪除
 * history  : init
 ******************************************************************************/

#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/kobject.h>
#include<linux/sysfs.h>

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static void myobj_release(struct kobject*);
static ssize_t my_show(struct kobject *, struct attribute *, char *);
static ssize_t my_store(struct kobject *, struct attribute *, const char *, size_t);

/* 自定義的結(jié)構(gòu)體，2個(gè)屬性，并且嵌入了kobject */
struct my_kobj 
{
    int ival;
    char* cname;
    struct kobject kobj;
};

static struct my_kobj *myobj = NULL;

/* my_kobj 的屬性 ival 所對應(yīng)的sysfs中的文件，文件名 val */
static struct attribute val_attr = {
    .name = "val",
    .owner = NULL,
    .mode = 0666,
};

/* my_kobj 的屬性 cname 所對應(yīng)的sysfs中的文件，文件名 name */
static struct attribute name_attr = {
    .name = "name",
    .owner = NULL,
    .mode = 0666,
};

static int test_kobject_default_attr_init(void)
{
    struct attribute *myattrs[] = {NULL, NULL, NULL};
    struct sysfs_ops *myops = NULL;
    struct kobj_type *mytype = NULL;

    /* 初始化 myobj */
    myobj = kmalloc(sizeof(struct my_kobj), GFP_KERNEL);
    if (myobj == NULL)
        return -ENOMEM;

    /* 配置文件 val 的默認(rèn)值 */
    myobj->ival = 100;
    myobj->cname = "test";

    /* 初始化 ktype */
    mytype = kmalloc(sizeof(struct kobj_type), GFP_KERNEL);
    if (mytype == NULL)
        return -ENOMEM;

    /* 增加2個(gè)默認(rèn)屬性文件 */
    myattrs[0] = &val_attr;
    myattrs[1] = &name_attr;

    /* 初始化ktype的默認(rèn)屬性和析構(gòu)函數(shù) */
    mytype->release = myobj_release;
    mytype->default_attrs = myattrs;

    /* 初始化ktype中的 sysfs */
    myops = kmalloc(sizeof(struct sysfs_ops), GFP_KERNEL);
    if (myops == NULL)
        return -ENOMEM;

    myops->show = my_show;
    myops->store = my_store;
    mytype->sysfs_ops = myops;

    /* 初始化kobject，并加入到sysfs中 */
    memset(&myobj->kobj, 0, sizeof(struct kobject)); /* 這一步非常重要，沒有這一步init kobject會失敗 */
    if (kobject_init_and_add(&myobj->kobj, mytype, NULL, "test_kobj_default_attr"))
        kobject_put(&myobj->kobj);

    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "test_kobject_default_attr is inited!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    
    return 0;
}

static void test_kobject_default_attr_exit(void)
{
    kobject_del(&myobj->kobj);
    kfree(myobj);
    
    /* 退出內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "test_kobject_default_attr is exited!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "\n\n\n\n\n");
}

static void myobj_release(struct kobject *kobj) 
{
    printk(KERN_ALERT, "release kobject");
    kobject_del(kobj);
}

/* 讀取屬性文件 val 或者name時(shí)會執(zhí)行此函數(shù) */
static ssize_t my_show(struct kobject *kboj, struct attribute *attr, char *buf) 
{
    printk(KERN_ALERT "SHOW -- attr-name: [%s]\n", attr->name);    
    if (strcmp(attr->name, "val") == 0)
        return sprintf(buf, "%d\n", myobj->ival);
    else
        return sprintf(buf, "%s\n", myobj->cname);
}

/* 寫入屬性文件 val 或者name時(shí)會執(zhí)行此函數(shù) */
static ssize_t my_store(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, const char *buf, size_t len) 
{
    printk(KERN_ALERT "STORE -- attr-name: [%s]\n", attr->name);
    if (strcmp(attr->name, "val") == 0)
        sscanf(buf, "%d\n", &myobj->ival);
    else
        sscanf(buf, "%s\n", myobj->cname);        
    return len;
}

module_init(test_kobject_default_attr_init);
module_exit(test_kobject_default_attr_exit);

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對應(yīng)的Makefile如下：

# must complile on customize kernel
obj-m += mykobject_with_default_attr.o
mykobject_with_default_attr-objs := test_kobject_default_attr.o

#generate the path
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
#the current kernel version number
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
#the absolute path
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/$(LINUX_KERNEL)
#complie object
all:
    make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
#clean
clean:
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.unsigned

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測試方法：(我使用的測試系統(tǒng)是：Centos6.5 x86)

############################ 編譯 ########################################################
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# ll
total 8
-rw-r--r-- 1 root root  582 Dec 24 15:02 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 4032 Dec 24 16:58 test_kobject_default_attr.c
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# make
make -C /usr/src/kernels/2.6.32-431.el6.i686 M=/home/wyb/chap17/test_kobject_defalt_attr modules
make[1]: Entering directory `/usr/src/kernels/2.6.32-431.el6.i686'
  CC [M]  /home/wyb/chap17/test_kobject_defalt_attr/test_kobject_default_attr.o
/home/wyb/chap17/test_kobject_defalt_attr/test_kobject_default_attr.c: In function ‘myobj_release’:
/home/wyb/chap17/test_kobject_defalt_attr/test_kobject_default_attr.c:109: warning: too many arguments for format
  LD [M]  /home/wyb/chap17/test_kobject_defalt_attr/mykobject_with_default_attr.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /home/wyb/chap17/test_kobject_defalt_attr/mykobject_with_default_attr.mod.o
  LD [M]  /home/wyb/chap17/test_kobject_defalt_attr/mykobject_with_default_attr.ko.unsigned
  NO SIGN [M] /home/wyb/chap17/test_kobject_defalt_attr/mykobject_with_default_attr.ko
make[1]: Leaving directory `/usr/src/kernels/2.6.32-431.el6.i686'
rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# ll
total 104
-rw-r--r-- 1 root root   582 Dec 24 15:02 Makefile
-rw-r--r-- 1 root root 96805 Dec 24 16:58 mykobject_with_default_attr.ko
-rw-r--r-- 1 root root  4032 Dec 24 16:58 test_kobject_default_attr.c

############################ 安裝 ########################################################
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# insmod mykobject_with_default_attr.ko 
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# ll /sys/                           <-- kobject對應(yīng)的文件夾
total 0
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 15:50 block
drwxr-xr-x 17 root root 0 Dec 24 15:50 bus
drwxr-xr-x 40 root root 0 Dec 24 15:50 class
drwxr-xr-x  4 root root 0 Dec 24 15:50 dev
drwxr-xr-x 12 root root 0 Dec 24 15:50 devices
drwxr-xr-x  4 root root 0 Dec 24 15:50 firmware
drwxr-xr-x  3 root root 0 Dec 24 15:50 fs
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 16:06 hypervisor
drwxr-xr-x  5 root root 0 Dec 24 15:50 kernel
drwxr-xr-x 85 root root 0 Dec 24 16:59 module
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 16:06 power
drwxr-xr-x  2 root root 0 Dec 24 16:59 test_kobj_default_attr
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# ll /sys/test_kobj_default_attr/    <-- kobject的2個(gè)屬性文件
total 0
-rw-rw-rw- 1 root root 4096 Dec 24 16:59 name
-rw-rw-rw- 1 root root 4096 Dec 24 16:59 val
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# dmesg                              <-- dmesg 中只有初始化的信息
*************************
test_kobject_default_attr is inited!
*************************

############################  讀取屬性文件 ###############################################
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# cat /sys/test_kobj_default_attr/val  <-- 屬性值就是我們在測試代碼中輸入的值
100
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# cat /sys/test_kobj_default_attr/name <-- 屬性值就是我們在測試代碼中輸入的值
test
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# dmesg                              <-- dmesg 中多了2條讀取屬性文件的log
SHOW -- attr-name: [val]
SHOW -- attr-name: [name]

############################ 寫入屬性文件 ################################################
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# echo "200" > /sys/test_kobj_default_attr/val         <-- val文件中寫入 200
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# echo "abcdefg" > /sys/test_kobj_default_attr/name    <-- name文件中寫入 adcdefg
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# dmesg                              <-- dmesg 中又多了2條寫入屬性文件的log
STORE -- attr-name: [val]
STORE -- attr-name: [name]
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# cat /sys/test_kobj_default_attr/val     <-- 再次查看 val文件中的值，已變?yōu)?00
200
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# cat /sys/test_kobj_default_attr/name    <-- 再次查看 name文件中的值，已變?yōu)閍bcdefg
abcdefg

############################ 卸載 ########################################################
[root@localhost test_kobject_defalt_attr]# rmmod mykobject_with_default_attr.ko

View Code

注：參考博客 Linux設(shè)備模型 (2)

+ 新屬性 :: kobject 自己定義的屬性

一般來說，使用默認(rèn)屬性就足夠了。因?yàn)榫哂泄餐琸type的kobject在本質(zhì)上區(qū)別都不大，比如都是塊設(shè)備的kobject，

它們使用默認(rèn)的屬性集合不但可以讓事情簡單，有助于代碼合并，還可以使類似的對象在sysfs中的外觀一致。

在一些特殊的情況下，kobject可能會需要自己特有的屬性。內(nèi)核也充分考慮到了這些情況，提供了創(chuàng)建或者刪除新屬性的方法。

在sysfs中文件的操作方法參見： fs/sysfs/file.c

/* 文件的相關(guān)操作非常多，這里只列出創(chuàng)建文件和刪除文件的方法 */

/**
 * 給 kobj 增加一個(gè)新的屬性 attr
 * kobj 對應(yīng)sysfs中的一個(gè)文件夾， attr 對應(yīng)sysfs中的一個(gè)文件
 */
int sysfs_create_file(struct kobject * kobj, const struct attribute * attr)
{
    BUG_ON(!kobj || !kobj->sd || !attr);

    return sysfs_add_file(kobj->sd, attr, SYSFS_KOBJ_ATTR);

}

/**
 * 給 kobj 刪除一個(gè)新的屬性 attr
 * kobj 對應(yīng)sysfs中的一個(gè)文件夾， attr 對應(yīng)sysfs中的一個(gè)文件
 */
void sysfs_remove_file(struct kobject * kobj, const struct attribute * attr)
{
    sysfs_hash_and_remove(kobj->sd, attr->name);
}

View Code

除了可以在sysfs中增加/刪除的文件，還可以在sysfs中增加或者刪除一個(gè)符號鏈接。

具體實(shí)現(xiàn)參見：fs/sysfs/symlink.c

/* 下面只列出了創(chuàng)建和刪除符號鏈接的方法，其他方法請參考 symlink.c 文件 */

/**
 * 在kobj對應(yīng)的文件夾中創(chuàng)建一個(gè)符號鏈接指向 target
 * 符號鏈接的名稱就是 name
 */
int sysfs_create_link(struct kobject *kobj, struct kobject *target,
              const char *name)
{
    return sysfs_do_create_link(kobj, target, name, 1);
}


void sysfs_remove_link(struct kobject * kobj, const char * name)
{
    struct sysfs_dirent *parent_sd = NULL;

    if (!kobj)
        parent_sd = &sysfs_root;
    else
        parent_sd = kobj->sd;

    sysfs_hash_and_remove(parent_sd, name);
}

View Code

增加新的屬性的示例代碼 (這里只演示了增加文件的方法，增加符號鏈接的方法與之類似)

/******************************************************************************
 * @file    : test_kobject_new_attr.c
 * @author  : wangyubin
 * @date    : Tue Dec 24 17:10:31 2013
 * 
 * @brief   : 測試 kobject 中增加和刪除新屬性
 * history  : init
 ******************************************************************************/

#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/kobject.h>
#include<linux/sysfs.h>

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static void myobj_release(struct kobject*);
static ssize_t my_show(struct kobject *, struct attribute *, char *);
static ssize_t my_store(struct kobject *, struct attribute *, const char *, size_t);

/* 自定義的結(jié)構(gòu)體，其中嵌入了kobject，通過屬性 c_attr 來控制增加或者刪除新屬性 */
struct my_kobj 
{
    int c_attr;                 /* 值為0：刪除新屬性， 值為1：增加新屬性*/
    int new_attr;
    struct kobject kobj;
};

static struct my_kobj *myobj = NULL;

/* my_kobj 的屬性 c_attr 所對應(yīng)的sysfs中的文件，文件名 c_attr */
static struct attribute c_attr = {
    .name = "c_attr",
    .owner = NULL,
    .mode = 0666,
};

/* 用于動態(tài)增加或者刪除的新屬性 */
static struct attribute new_attr = {
    .name = "new_attr",
    .owner = NULL,
    .mode = 0666,
};

static int test_kobject_new_attr_init(void)
{
    struct attribute *myattrs[] = {NULL, NULL};
    struct sysfs_ops *myops = NULL;
    struct kobj_type *mytype = NULL;

    /* 初始化 myobj */
    myobj = kmalloc(sizeof(struct my_kobj), GFP_KERNEL);
    if (myobj == NULL)
        return -ENOMEM;

    /* 配置文件 val 的默認(rèn)值 */
    myobj->c_attr = 0;

    /* 初始化 ktype */
    mytype = kmalloc(sizeof(struct kobj_type), GFP_KERNEL);
    if (mytype == NULL)
        return -ENOMEM;

    /* 增加1個(gè)默認(rèn)屬性文件 */
    myattrs[0] = &c_attr;

    /* 初始化ktype的默認(rèn)屬性和析構(gòu)函數(shù) */
    mytype->release = myobj_release;
    mytype->default_attrs = myattrs;

    /* 初始化ktype中的 sysfs */
    myops = kmalloc(sizeof(struct sysfs_ops), GFP_KERNEL);
    if (myops == NULL)
        return -ENOMEM;

    myops->show = my_show;
    myops->store = my_store;
    mytype->sysfs_ops = myops;

    /* 初始化kobject，并加入到sysfs中 */
    memset(&myobj->kobj, 0, sizeof(struct kobject)); /* 這一步非常重要，沒有這一步init kobject會失敗 */
    if (kobject_init_and_add(&myobj->kobj, mytype, NULL, "test_kobj_new_attr"))
        kobject_put(&myobj->kobj);

    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "test_kobject_new_attr is inited!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    
    return 0;
}

static void test_kobject_new_attr_exit(void)
{
    kobject_del(&myobj->kobj);
    kfree(myobj);
    
    /* 退出內(nèi)核模塊 */
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "test_kobject_new_attr is exited!\n");
    printk(KERN_ALERT "*************************\n");
    printk(KERN_ALERT "\n\n\n\n\n");
}

static void myobj_release(struct kobject *kobj) 
{
    printk(KERN_ALERT "release kobject");
    kobject_del(kobj);
}

/* 讀取屬性文件 c_attr 或者 new_attr 時(shí)會執(zhí)行此函數(shù) */
static ssize_t my_show(struct kobject *kboj, struct attribute *attr, char *buf) 
{
    printk(KERN_ALERT "SHOW -- attr-name: [%s]\n", attr->name);
    if (strcmp(attr->name, "c_attr") == 0)
        return sprintf(buf, "%d\n", myobj->c_attr);
    else if (strcmp(attr->name, "new_attr") == 0)
        return sprintf(buf, "%d\n", myobj->new_attr);

    return 0;
}

/* 寫入屬性文件c_attr 或者 new_attr 時(shí)會執(zhí)行此函數(shù) */
static ssize_t my_store(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, const char *buf, size_t len) 
{
    printk(KERN_ALERT "STORE -- attr-name: [%s]\n", attr->name);
    if (strcmp(attr->name, "c_attr") == 0)
        sscanf(buf, "%d\n", &myobj->c_attr);
    else if (strcmp(attr->name, "new_attr") == 0)
        sscanf(buf, "%d\n", &myobj->new_attr);

    if (myobj->c_attr == 1)     /* 創(chuàng)建新的屬性文件 */
    {
        if (sysfs_create_file(kobj, &new_attr))
            return -1;
        else
            myobj->new_attr = 100; /* 新屬性文件的值默認(rèn)設(shè)置為 100  */
    }
    
    if (myobj->c_attr == 0)     /* 刪除新的屬性文件 */
        sysfs_remove_file(kobj, &new_attr);
    
    return len;
}

module_init(test_kobject_new_attr_init);
module_exit(test_kobject_new_attr_exit);

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對應(yīng)的Makefile如下：

# must complile on customize kernel
obj-m += mykobject_with_new_attr.o
mykobject_with_new_attr-objs := test_kobject_new_attr.o

#generate the path
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
#the current kernel version number
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
#the absolute path
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/$(LINUX_KERNEL)
#complie object
all:
    make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
#clean
clean:
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.unsigned

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測試方法：(我使用的測試系統(tǒng)是：Centos6.5 x86)

根據(jù)測試代碼，增加/刪除新屬性是根據(jù)默認(rèn)屬性 c_attr 的值來決定的。

c_attr 設(shè)置為0 時(shí)，刪除新屬性 new_attr

c_attr 設(shè)置為1 時(shí)，新增新屬性 new_attr

############################ 編譯，安裝，卸載同測試默認(rèn)屬性時(shí)一樣 #######################
... 省略 ...
############################ 動態(tài)增加新屬性文件 #########################################
[root@localhost test_kobject_new_attr]# ll /sys/test_kobj_new_attr/            <-- 默認(rèn)沒有新屬性 new_attr
total 0
-rw-rw-rw- 1 root root 4096 Dec 24 18:47 c_attr
[root@localhost test_kobject_new_attr]# cat /sys/test_kobj_new_attr/c_attr     <-- c_attr 的值為0
0
[root@localhost test_kobject_new_attr]# echo "1" > /sys/test_kobj_new_attr/c_attr <-- c_attr 的值設(shè)為1
[root@localhost test_kobject_new_attr]# ll /sys/test_kobj_new_attr/            <-- 增加了新屬性 new_attr
total 0
-rw-rw-rw- 1 root root 4096 Dec 24 19:02 c_attr
-rw-rw-rw- 1 root root 4096 Dec 24 19:02 new_attr

############################ 動態(tài)刪除屬性文件 ###########################################
[root@localhost test_kobject_new_attr]# echo "0" > /sys/test_kobj_new_attr/c_attr   <-- c_attr 的值為0
[root@localhost test_kobject_new_attr]# ll /sys/test_kobj_new_attr/                 <-- 刪除了新屬性 new_attr
total 0
-rw-rw-rw- 1 root root 4096 Dec 24 19:03 c_attr

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4.1.3. sysfs相關(guān)約定

為了保持sysfs的干凈和直觀，在內(nèi)核開發(fā)中涉及到sysfs相關(guān)內(nèi)容時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

+ sysfs屬性保證每個(gè)文件只導(dǎo)出一個(gè)值，該值為文本形式并且可以映射為簡單的C類型

+ sysfs中要以一個(gè)清晰的層次組織數(shù)據(jù)

+ sysfs提供內(nèi)核到用戶空間的服務(wù)

4.2 基于sysfs的內(nèi)核事件

內(nèi)核事件層也是利用kobject和sysfs來實(shí)現(xiàn)的，用戶空間通過監(jiān)控sysfs中kobject的屬性的變化來異步的捕獲內(nèi)核中kobject發(fā)出的信號。

用戶空間可以通過一種netlink的機(jī)制來獲取內(nèi)核事件。

內(nèi)核空間向用戶空間發(fā)送信號使用 kobject_uevent() 函數(shù)，具體參見： <linux/kobject.h>

int kobject_uevent(struct kobject *kobj, enum kobject_action action);

下面用個(gè)小例子演示一些內(nèi)核事件的實(shí)現(xiàn)原理：

4.2.1. 內(nèi)核模塊安裝或者刪除時(shí)，會發(fā)送 KOBJ_ADD 或者 KOBJ_REMOVE 的消息

內(nèi)核模塊的代碼就用上面最簡單的那個(gè)例子 test_kobject.c 的代碼即可

4.2.2. 用戶態(tài)程序: 通過 netlink機(jī)制來接收 kobject 的事件通知

/******************************************************************************
 * @file    : test_netlink_client.c
 * @author  : wangyubin
 * @date    : Tue Dec 24 19:48:54 2013
 * 
 * @brief   : 通過 netlink機(jī)制接收kobject發(fā)出的信號
 * history  : init
 ******************************************************************************/

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <errno.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <asm/types.h>  
#include <sys/socket.h>    
#include <linux/netlink.h>  

void MonitorNetlinkUevent()  
{  
    int sockfd;  
    struct sockaddr_nl sa;  
    int len;  
    char buf[4096];  
    struct iovec iov;  
    struct msghdr msg;  
    int i;  
  
    memset(&sa,0,sizeof(sa));  
    sa.nl_family = AF_NETLINK;  
    sa.nl_groups = NETLINK_KOBJECT_UEVENT;  
    sa.nl_pid = 0;//getpid(); both is ok  
    memset(&msg,0,sizeof(msg));  
    iov.iov_base = (void *)buf;  
    iov.iov_len = sizeof(buf);  
    msg.msg_name = (void *)&sa;  
    msg.msg_namelen = sizeof(sa);  
    msg.msg_iov = &iov;  
    msg.msg_iovlen = 1;  
  
    sockfd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);  
    if(sockfd == -1)  
        printf("socket creating failed:%s\n",strerror(errno));  
    if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&sa,sizeof(sa)) == -1)  
        printf("bind error:%s\n", strerror(errno));  
    while(1) {  
      memset(buf, 0, sizeof(buf));  
      len=recvmsg(sockfd, &msg, 0);  
      if(len < 0){}  
        //printf("receive error\n");  
      else if(len < 32||len > sizeof(buf))  
        printf("invalid message");  
      for(i=0; i<len; i++)  
        if(*(buf+i) == '\0')  
            buf[i] = '\n';  
      printf("received %d bytes\n%s\n", len, buf);  
    }  
}  

int main(int argc, char *argv[])
{
    MonitorNetlinkUevent();
    return 0;
}

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注：代碼是拷貝的《Linux設(shè)備節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建》內(nèi)核kobject上報(bào)uevent過濾規(guī)則中的用戶態(tài)程序部分

4.2.3. 測試方法：(我使用的測試系統(tǒng)是：Centos6.5 x86)

############################ 編譯并啟動用戶態(tài)程序 （窗口1）###################################
[root@localhost test_kobject_event]# ll
total 4
-rw-r--r-- 1 root root 1846 Dec 24 20:36 test_netlink_client.c
[root@localhost test_kobject_event]# gcc -o test_netlink_client test_netlink_client.c     <-- 編譯用戶態(tài)程序
[root@localhost test_kobject_event]# ./test_netlink_client                                <-- 啟動后等待內(nèi)核kobject的事件到來

############################ 安裝內(nèi)核模塊并查看用戶態(tài)程序輸出 （窗口2）#######################
[root@localhost test_kobject]# insmod mykobject.ko                         <-- 在窗口2中安裝內(nèi)核模塊，窗口1中會接收到 KOBJ_ADD 信號
############################ 卸載內(nèi)核模塊并查看用戶態(tài)程序輸出 （窗口2）#######################
[root@localhost test_kobject]# rmmod mykobject.ko                          <-- 在窗口2中安裝內(nèi)核模塊，窗口1中會接收到 KOBJ_REMOVE 信號

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5. 總結(jié)

kobject加sysfs給內(nèi)核帶來的好處不是三言兩語能夠說得清楚的，上面的例子也只是通過簡單的使用來直觀的感受一下kobject，例子本身沒有什么實(shí)際意義。

最后一個(gè)例子中使用了 netlink機(jī)制，我在之前的項(xiàng)目中使用過netlink來監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)程的I/O信息，對netlink有一些初步的了解。

但是例子中只是用來獲取一下 kobject的事件而已，這里主要為了說明kobject，netlink的相關(guān)內(nèi)容以后有機(jī)會再補(bǔ)充。

posted @ 2017-08-25 15:27 閆寶平閱讀(477) 評論(0) 收藏舉報(bào)

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《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》讀書筆記（十七）- 設(shè)備與模塊

1. 設(shè)備類型

2. 內(nèi)核模塊

2.1 內(nèi)核模塊示例

2.2 內(nèi)核模塊的位置

2.3 內(nèi)核模塊相關(guān)操作

3. 內(nèi)核對象

3.1 kobject 簡介

3.2 kobject 操作

4. sysfs

4.1 sysfs中的kobject

4.2 基于sysfs的內(nèi)核事件

5. 總結(jié)

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