1.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst 2 3:Original: Documentation/core-api/kobject.rst 4 5:翻译: 6 7 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> 8 9.. _cn_core_api_kobject.rst: 10 11======================================================= 12关于kobjects、ksets和ktypes的一切你没想过需要了解的东西 13======================================================= 14 15:作者: Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org> 16:最后一次更新: December 19, 2007 17 18根据Jon Corbet于2003年10月1日为lwn.net撰写的原创文章改编，网址是： 19https://lwn.net/Articles/51437/ 20 21理解驱动模型和建立在其上的kobject抽象的部分的困难在于，没有明显的切入点。 22处理kobjects需要理解一些不同的类型，所有这些类型都会相互引用。为了使事情 23变得更简单，我们将多路并进，从模糊的术语开始，并逐渐增加细节。那么，先来 24了解一些我们将要使用的术语的简明定义吧。 25 26 - 一个kobject是一个kobject结构体类型的对象。Kobjects有一个名字和一个 27 引用计数。一个kobject也有一个父指针（允许对象被排列成层次结构），一个 28 特定的类型，并且，通常在sysfs虚拟文件系统中表示。 29 30 Kobjects本身通常并不引人关注；相反它们常常被嵌入到其他包含真正引人注目 31 的代码的结构体中。 32 33 任何结构体都 **不应该** 有一个以上的kobject嵌入其中。如果有的话，对象的引用计 34 数肯定会被打乱，而且不正确，你的代码就会出现错误。所以不要这样做。 35 36 - ktype是嵌入一个kobject的对象的类型。每个嵌入kobject的结构体都需要一个 37 相应的ktype。ktype控制着kobject在被创建和销毁时的行为。 38 39 - 一个kset是一组kobjects。这些kobjects可以是相同的ktype或者属于不同的 40 ktype。kset是kobjects集合的基本容器类型。Ksets包含它们自己的kobjects， 41 但你可以安全地忽略这个实现细节，因为kset的核心代码会自动处理这个kobject。 42 43 当你看到一个下面全是其他目录的sysfs目录时，通常这些目录中的每一个都对应 44 于同一个kset中的一个kobject。 45 46 我们将研究如何创建和操作所有这些类型。将采取一种自下而上的方法，所以我们 47 将回到kobjects。 48 49 50嵌入kobjects 51============= 52 53内核代码很少创建孤立的kobject，只有一个主要的例外，下面会解释。相反， 54kobjects被用来控制对一个更大的、特定领域的对象的访问。为此，kobjects会被 55嵌入到其他结构中。如果你习惯于用面向对象的术语来思考问题，那么kobjects可 56以被看作是一个顶级的抽象类，其他的类都是从它派生出来的。一个kobject实现了 57一系列的功能，这些功能本身并不特别有用，但在其他对象中却很好用。C语言不允 58许直接表达继承，所以必须使用其他技术——比如结构体嵌入。 59 60（对于那些熟悉内核链表实现的人来说，这类似于“list_head”结构本身很少有用， 61但总是被嵌入到感兴趣的更大的对象中）。 62 63例如， ``drivers/uio/uio.c`` 中的IO代码有一个结构体，定义了与uio设备相 64关的内存区域:: 65 66 struct uio_map { 67 struct kobject kobj; 68 struct uio_mem *mem; 69 }; 70 71如果你有一个uio_map结构体，找到其嵌入的kobject只是一个使用kobj成员的问题。 72然而，与kobjects一起工作的代码往往会遇到相反的问题：给定一个结构体kobject 73的指针，指向包含结构体的指针是什么？你必须避免使用一些技巧（比如假设 74kobject在结构的开头），相反，你得使用container_of()宏，其可以在 ``<linux/kernel.h>`` 75中找到:: 76 77 container_of(ptr, type, member) 78 79其中: 80 81 * ``ptr`` 是一个指向嵌入kobject的指针， 82 * ``type`` 是包含结构体的类型， 83 * ``member`` 是 ``指针`` 所指向的结构体域的名称。 84 85container_of()的返回值是一个指向相应容器类型的指针。因此，例如，一个嵌入到 86uio_map结构 **中** 的kobject结构体的指针kp可以被转换为一个指向 **包含** uio_map 87结构体的指针，方法是:: 88 89 struct uio_map *u_map = container_of(kp, struct uio_map, kobj); 90 91为了方便起见，程序员经常定义一个简单的宏，用于将kobject指针 **反推** 到包含 92类型。在早期的 ``drivers/uio/uio.c`` 中正是如此，你可以在这里看到:: 93 94 struct uio_map { 95 struct kobject kobj; 96 struct uio_mem *mem; 97 }; 98 99 #define to_map(map) container_of(map, struct uio_map, kobj) 100 101其中宏的参数“map”是一个指向有关的kobject结构体的指针。该宏随后被调用:: 102 103 struct uio_map *map = to_map(kobj); 104 105 106kobjects的初始化 107================ 108 109当然，创建kobject的代码必须初始化该对象。一些内部字段是通过（强制）调用kobject_init() 110来设置的:: 111 112 void kobject_init(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype); 113 114ktype是正确创建kobject的必要条件，因为每个kobject都必须有一个相关的kobj_type。 115在调用kobject_init()后，为了向sysfs注册kobject，必须调用函数kobject_add():: 116 117 int kobject_add(struct kobject *kobj, struct kobject *parent, 118 const char *fmt, ...); 119 120这将正确设置kobject的父级和kobject的名称。如果该kobject要与一个特定的kset相关 121联，在调用kobject_add()之前必须分配kobj->kset。如果kset与kobject相关联，则 122kobject的父级可以在调用kobject_add()时被设置为NULL，则kobject的父级将是kset 123本身。 124 125由于kobject的名字是在它被添加到内核时设置的，所以kobject的名字不应该被直接操作。 126如果你必须改变kobject的名字，请调用kobject_rename():: 127 128 int kobject_rename(struct kobject *kobj, const char *new_name); 129 130kobject_rename()函数不会执行任何锁定操作，也不会对name进行可靠性检查，所以调用 131者自己检查和串行化操作是明智的选择 132 133有一个叫kobject_set_name()的函数，但那是历史遗产，正在被删除。如果你的代码需 134要调用这个函数，那么它是不正确的，需要被修复。 135 136要正确访问kobject的名称，请使用函数kobject_name():: 137 138 const char *kobject_name(const struct kobject * kobj); 139 140有一个辅助函数可以同时初始化和添加kobject到内核中，令人惊讶的是，该函数被称为 141kobject_init_and_add():: 142 143 int kobject_init_and_add(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype, 144 struct kobject *parent, const char *fmt, ...); 145 146参数与上面描述的单个kobject_init()和kobject_add()函数相同。 147 148 149Uevents 150======= 151 152当一个kobject被注册到kobject核心后，你需要向全世界宣布它已经被创建了。这可以通 153过调用kobject_uevent()来实现:: 154 155 int kobject_uevent(struct kobject *kobj, enum kobject_action action); 156 157当kobject第一次被添加到内核时，使用 *KOBJ_ADD* 动作。这应该在该kobject的任 158何属性或子对象被正确初始化后进行，因为当这个调用发生时，用户空间会立即开始寻 159找它们。 160 161当kobject从内核中移除时（关于如何做的细节在下面）， **KOBJ_REMOVE** 的uevent 162将由kobject核心自动创建，所以调用者不必担心手动操作。 163 164 165引用计数 166======== 167 168kobject的关键功能之一是作为它所嵌入的对象的一个引用计数器。只要对该对象的引用 169存在，该对象（以及支持它的代码）就必须继续存在。用于操作kobject的引用计数的低 170级函数是:: 171 172 struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj); 173 void kobject_put(struct kobject *kobj); 174 175对kobject_get()的成功调用将增加kobject的引用计数器值并返回kobject的指针。 176 177当引用被释放时，对kobject_put()的调用将递减引用计数值，并可能释放该对象。请注 178意，kobject_init()将引用计数设置为1，所以设置kobject的代码最终需要kobject_put() 179来释放该引用。 180 181因为kobjects是动态的，所以它们不能以静态方式或在堆栈中声明，而总是以动态方式分 182配。未来版本的内核将包含对静态创建的kobjects的运行时检查，并将警告开发者这种不 183当的使用。 184 185如果你使用struct kobject只是为了给你的结构体提供一个引用计数器，请使用struct kref 186来代替；kobject是多余的。关于如何使用kref结构体的更多信息，请参见Linux内核源代 187码树中的文件Documentation/core-api/kref.rst 188 189 190创建“简单的”kobjects 191==================== 192 193有时，开发者想要的只是在sysfs层次结构中创建一个简单的目录，而不必去搞那些复杂 194的ksets、显示和存储函数，以及其他细节。这是一个应该创建单个kobject的例外。要 195创建这样一个条目（即简单的目录），请使用函数:: 196 197 struct kobject *kobject_create_and_add(const char *name, struct kobject *parent); 198 199这个函数将创建一个kobject，并将其放在sysfs中指定的父kobject下面的位置。要创 200建与此kobject相关的简单属性，请使用:: 201 202 int sysfs_create_file(struct kobject *kobj, const struct attribute *attr); 203 204或者:: 205 206 int sysfs_create_group(struct kobject *kobj, const struct attribute_group *grp); 207 208这里使用的两种类型的属性，与已经用kobject_create_and_add()创建的kobject， 209都可以是kobj_attribute类型，所以不需要创建特殊的自定义属性。 210 211参见示例模块， ``samples/kobject/kobject-example.c`` ，以了解一个简单的 212kobject和属性的实现。 213 214 215 216ktypes和释放方法 217================ 218 219以上讨论中还缺少一件重要的事情，那就是当一个kobject的引用次数达到零的时候 220会发生什么。创建kobject的代码通常不知道何时会发生这种情况；首先，如果它知 221道，那么使用kobject就没有什么意义。当sysfs被引入时，即使是可预测的对象生命 222周期也会变得更加复杂，因为内核的其他部分可以获得在系统中注册的任何kobject 223的引用。 224 225最终的结果是，一个由kobject保护的结构体在其引用计数归零之前不能被释放。引 226用计数不受创建kobject的代码的直接控制。因此，每当它的一个kobjects的最后一 227个引用消失时，必须异步通知该代码。 228 229一旦你通过kobject_add()注册了你的kobject，你绝对不能使用kfree()来直接释 230放它。唯一安全的方法是使用kobject_put()。在kobject_init()之后总是使用 231kobject_put()以避免错误的发生是一个很好的做法。 232 233这个通知是通过kobject的release()方法完成的。通常这样的方法有如下形式:: 234 235 void my_object_release(struct kobject *kobj) 236 { 237 struct my_object *mine = container_of(kobj, struct my_object, kobj); 238 239 /* Perform any additional cleanup on this object, then... */ 240 kfree(mine); 241 } 242 243有一点很重要：每个kobject都必须有一个release()方法，而且这个kobject必 244须持续存在（处于一致的状态），直到这个方法被调用。如果这些约束条件没有 245得到满足，那么代码就是有缺陷的。注意，如果你忘记提供release()方法，内 246核会警告你。不要试图通过提供一个“空”的释放函数来摆脱这个警告。 247 248如果你的清理函数只需要调用kfree()，那么你必须创建一个包装函数，该函数 249使用container_of()来向上造型到正确的类型（如上面的例子所示），然后在整个 250结构体上调用kfree()。 251 252注意，kobject的名字在release函数中是可用的，但它不能在这个回调中被改 253变。否则，在kobject核心中会出现内存泄漏，这让人很不爽。 254 255有趣的是，release()方法并不存储在kobject本身；相反，它与ktype相关。 256因此，让我们引入结构体kobj_type:: 257 258 struct kobj_type { 259 void (*release)(struct kobject *kobj); 260 const struct sysfs_ops *sysfs_ops; 261 struct attribute **default_attrs; 262 const struct attribute_group **default_groups; 263 const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj); 264 const void *(*namespace)(struct kobject *kobj); 265 void (*get_ownership)(struct kobject *kobj, kuid_t *uid, kgid_t *gid); 266 }; 267 268这个结构提用来描述一个特定类型的kobject（或者更正确地说，包含对象的 269类型）。每个kobject都需要有一个相关的kobj_type结构；当你调用 270kobject_init()或kobject_init_and_add()时必须指定一个指向该结构的 271指针。 272 273当然，kobj_type结构中的release字段是指向这种类型的kobject的release() 274方法的一个指针。另外两个字段（sysfs_ops 和 default_attrs）控制这种 275类型的对象如何在 sysfs 中被表示；它们超出了本文的范围。 276 277default_attrs 指针是一个默认属性的列表，它将为任何用这个 ktype 注册 278的 kobject 自动创建。 279 280 281ksets 282===== 283 284一个kset仅仅是一个希望相互关联的kobjects的集合。没有限制它们必须是相 285同的ktype，但是如果它们不是相同的，就要非常小心。 286 287一个kset有以下功能: 288 289 - 它像是一个包含一组对象的袋子。一个kset可以被内核用来追踪“所有块 290 设备”或“所有PCI设备驱动”。 291 292 - kset也是sysfs中的一个子目录，与kset相关的kobjects可以在这里显示 293 出来。每个kset都包含一个kobject，它可以被设置为其他kobject的父对象； 294 sysfs层次结构的顶级目录就是以这种方式构建的。 295 296 - Ksets可以支持kobjects的 "热插拔"，并影响uevent事件如何被报告给 297 用户空间。 298 299 在面向对象的术语中，“kset”是顶级的容器类；ksets包含它们自己的kobject， 300 但是这个kobject是由kset代码管理的，不应该被任何其他用户所操纵。 301 302 kset在一个标准的内核链表中保存它的子对象。Kobjects通过其kset字段指向其 303 包含的kset。在几乎所有的情况下，属于一个kset的kobjects在它们的父 304 对象中都有那个kset（或者，严格地说，它的嵌入kobject）。 305 306 由于kset中包含一个kobject，它应该总是被动态地创建，而不是静态地 307 或在堆栈中声明。要创建一个新的kset，请使用:: 308 309 struct kset *kset_create_and_add(const char *name, 310 const struct kset_uevent_ops *uevent_ops, 311 struct kobject *parent_kobj); 312 313当你完成对kset的处理后，调用:: 314 315 void kset_unregister(struct kset *k); 316 317来销毁它。这将从sysfs中删除该kset并递减其引用计数值。当引用计数 318为零时，该kset将被释放。因为对该kset的其他引用可能仍然存在， 319释放可能发生在kset_unregister()返回之后。 320 321一个使用kset的例子可以在内核树中的 ``samples/kobject/kset-example.c`` 322文件中看到。 323 324如果一个kset希望控制与它相关的kobjects的uevent操作，它可以使用 325结构体kset_uevent_ops来处理它:: 326 327 struct kset_uevent_ops { 328 int (* const filter)(struct kset *kset, struct kobject *kobj); 329 const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj); 330 int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj, 331 struct kobj_uevent_env *env); 332 }; 333 334 335过滤器函数允许kset阻止一个特定kobject的uevent被发送到用户空间。 336如果该函数返回0，该uevent将不会被发射出去。 337 338name函数将被调用以覆盖uevent发送到用户空间的kset的默认名称。默 339认情况下，该名称将与kset本身相同，但这个函数，如果存在，可以覆盖 340该名称。 341 342当uevent即将被发送至用户空间时，uevent函数将被调用，以允许更多 343的环境变量被添加到uevent中。 344 345有人可能会问，鉴于没有提出执行该功能的函数，究竟如何将一个kobject 346添加到一个kset中。答案是这个任务是由kobject_add()处理的。当一个 347kobject被传递给kobject_add()时，它的kset成员应该指向这个kobject 348所属的kset。 kobject_add()将处理剩下的部分。 349 350如果属于一个kset的kobject没有父kobject集，它将被添加到kset的目 351录中。并非所有的kset成员都必须住在kset目录中。如果在添加kobject 352之前分配了一个明确的父kobject，那么该kobject将被注册到kset中， 353但是被添加到父kobject下面。 354 355 356移除Kobject 357=========== 358 359当一个kobject在kobject核心注册成功后，在代码使用完它时，必须将其 360清理掉。要做到这一点，请调用kobject_put()。通过这样做，kobject核 361心会自动清理这个kobject分配的所有内存。如果为这个对象发送了 ``KOBJ_ADD`` 362uevent，那么相应的 ``KOBJ_REMOVE`` uevent也将被发送，任何其他的 363sysfs内务将被正确处理。 364 365如果你需要分两次对kobject进行删除（比如说在你要销毁对象时无权睡眠）， 366那么调用kobject_del()将从sysfs中取消kobject的注册。这使得kobject 367“不可见”，但它并没有被清理掉，而且该对象的引用计数仍然是一样的。在稍 368后的时间调用kobject_put()来完成与该kobject相关的内存的清理。 369 370kobject_del()可以用来放弃对父对象的引用，如果循环引用被构建的话。 371在某些情况下，一个父对象引用一个子对象是有效的。循环引用必须通过明 372确调用kobject_del()来打断，这样一个释放函数就会被调用，前一个循环 373中的对象会相互释放。 374 375 376示例代码出处 377============ 378 379关于正确使用ksets和kobjects的更完整的例子，请参见示例程序 380``samples/kobject/{kobject-example.c,kset-example.c}`` ，如果 381您选择 ``CONFIG_SAMPLE_KOBJECT`` ，它们将被构建为可加载模块。 382