linux的设备模型浅析

整个Linux的设备模型是一个OO的体系结构

一般来说应该这么理解,整个Linux的设备模型是一个OO的体系结构,总线、设备和驱动都是其中的对象,kobject是它们的基类,所实现的只是一些公共的接口,kset是同种类型kobject对象的集合,也可以说是对象的容器。

只是因为C语言里不可能会有C++语言里类的class继承、组合等的概念,只有通过kobject嵌入到对象结构中来实现。这样,内核使用 kobject将各个对象连接起来组成了一个分层的结构体系。kobject结构中包含了parent成员,指向了另一个kobject结构,也就是这个 分层结构的上一层结点。

而kset是通过链表来实现的,这样就可以明白,struct bus_type结构中的成员drivers和devices表示了一条总线拥有两条链表,一条是设备链表,一条是驱动链表。我们知道了总线对应的数据结 构,就可以找到这条总线关联了多少设备,又有哪些驱动来支持这类设备。

那么klist呢?其实它就包含了一个链表和一个自旋锁,我们暂且把它看成链表也无妨。本来在2.6.11内核中,struct device_driver结构的devices成员就是一个链表类型。

总线、设备和驱动之间的关系

那么总线、设备和驱动之间是如何和谐共处的呢?先说一说总线中的那两条链表是怎么形成的。内核要求每次出现一个设备就要向总线汇报,或者说注册,每次出现一个驱动,也要向总线汇报,或者说注册。比如系统初始化时,会扫描连接了哪些设备,并为每一个设备建立起一个struct device的变量,每一次有一个驱动程序,就要准备一个struct device_driver结构的变量。把这些变量统统加入相应的链表,device插入devices 链表,driver插入drivers链表。

这样通过总线就能找到每一个设备,每一个驱动。然而,假如计算机里只有设备却没有对应的驱动,那么设备无法工 作。反过来,倘若只有驱动却没有设备,驱动也起不了任何作用。

Linux里先加载设备还是先加载驱动?

于是总线上的两张表里devices开始多了,drivers开始多了,总线上的两条链表已经有了,剩下的那个呢?链表里的设备和驱动又是如何联系的?先有设 备还是先有驱动?首先有的是设备,每一个要用的设备在计算机启动之前就已经插好了,插放在它应该在的位置上,然后计算机启动,操作系统开始初 始化,总线开始扫描设备,每找到一个设备,就为其申请一个struct device结构,并且挂入总线中的devices链表中来。

然后每一个驱动程序开始初始化,开始注册其struct device_driver结构,然后去总线的devices链表中去寻找(遍历),去寻找每一个还没有绑定驱动的设备,即struct device中的struct device_driver指针仍为空的设备,然后它会去观察这种设备的特征,看是否是它所支持的设备,如果是,那么调用一个叫做 device_bind_driver的函数。

换句话说,把struct device中的struct device_driver driver指向这个驱动,而struct device_driver driver把struct device加入它的那张struct klist klist_devices链表中来。就这样,bus、device和driver,这三者之间或者说他们中的两两之间,就给联系上了。知道其中之一,就 能找到另外两个。一荣俱荣,一损俱损。

遍历驱动所将驱动的设备所在总线上的所有设备,并条用一个指定函数。bus->p->klist_devices就是链接在该总线上的所有设备。在驱动与设备绑定的过程当中,若发现匹配的设备以及能够驱动的设备.通过调用bus的probe方法或者驱动自身的probe方法所确定。则会将能驱动的设备加入到驱动结构的devices字段构成的链表当中。而在设备结构中会将driver字段指向能驱动该设备的驱动结构。需要注意的是一个设备只对应一个驱动,而驱动却能够驱动多个设备。

热插拔的出现改变了设备和驱动的加载先后顺序

但现在情况变了,出现了一种新的名词,叫热插拔。此时设备可以在计算机启动以后再插入或者拔 出计算机了。因此,很难再说是先有设备还是先有驱动了,因为都有可能。设备可以在任何时刻出现,而驱动也可以在任何时刻被加载,所以,现在的情况就是,每当一个struct device诞生,它就会去bus的drivers链表中寻找自己的另一半。反之,每当一个一个struct device_driver诞生,它就去bus的devices链表中寻找它的那些设备。如果找到了合适的,那么和之前那种情况一样,调用 device_bind_driver绑定好。如果找不到,没有关系,就等待吧。

节选自《Linux那些事儿》-电子工业出版社

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