Linux設(shè)備模型之一：Class

1. 概述

在設(shè)備模型中，Bus、Device、Device driver等等，都比較好理解，因?yàn)樗鼈儗?duì)應(yīng)了實(shí)實(shí)在在的東西，所有的邏輯都是圍繞著這些實(shí)體展開的。而本文所要描述的Class就有些不同了，因?yàn)樗翘摂M出來的，只是為了抽象設(shè)備的共性。

舉個(gè)例子，一些年齡相仿、需要獲取的知識(shí)相似的人，聚在一起學(xué)習(xí)，就構(gòu)成了一個(gè)班級(jí)（Class）。這個(gè)班級(jí)可以有自己的名稱（如295），但如果離開構(gòu)成它的學(xué)生（device），它就沒有任何存在意義。另外，班級(jí)存在的最大意義是什么呢？是由老師講授的每一個(gè)課程！因?yàn)槔蠋熤恍枰v一遍，一個(gè)班的學(xué)生都可以聽到。不然的話（例如每個(gè)學(xué)生都在家學(xué)習(xí)），就要為每人請(qǐng)一個(gè)老師，講授一遍。而講的內(nèi)容，大多是一樣的，這就是極大的浪費(fèi)。

設(shè)備模型中的Class所提供的功能也一樣了，例如一些相似的device（學(xué)生），需要向用戶空間提供相似的接口（課程），如果每個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)都實(shí)現(xiàn)一遍的話，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)核有大量的冗余代碼，這就是極大的浪費(fèi)。所以，Class說了，我?guī)湍銈儗?shí)現(xiàn)吧，你們會(huì)用就行了。

這就是設(shè)備模型中Class的功能，再結(jié)合內(nèi)核的注釋：A class is a higher-level view of a device that abstracts out low-level implementation details(include/linux/device.h line326)，就容易理解了。

2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述

2.1 struct class

struct class是class的抽象，它的定義如下：

1: /* include/linux/device.h, line 332 */

2: struct class {

3: const char *name;

4: struct module *owner;

5:

6: struct class_attribute *class_attrs;

7: struct device_attribute *dev_attrs;

8: struct bin_attribute *dev_bin_attrs;

9: struct kobject *dev_kobj;

10:

11: int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);

12: char *(*devnode)(struct device *dev, umode_t *mode);

13:

14: void (*class_release)(struct class *class);

15: void (*dev_release)(struct device *dev);

16:

17: int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);

18: int (*resume)(struct device *dev);

19:

20: const struct kobj_ns_type_operations *ns_type;

21: const void *(*namespace)(struct device *dev);

22:

23: const struct dev_pm_ops *pm;

24:

25: struct subsys_private *p;

26: };

其實(shí)struct class和struct bus很類似，解釋如下：

name，class的名稱，會(huì)在“/sys/class/”目錄下體現(xiàn)。

class_atrrs，該class的默認(rèn)attribute，會(huì)在class注冊(cè)到內(nèi)核時(shí)，自動(dòng)在“/sys/class/xxx_class”下創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的attribute文件。

dev_attrs，該class下每個(gè)設(shè)備的attribute，會(huì)在設(shè)備注冊(cè)到內(nèi)核時(shí)，自動(dòng)在該設(shè)備的sysfs目錄下創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的attribute文件。

dev_bin_attrs，類似dev_attrs，只不過是二進(jìn)制類型attribute。

dev_kobj，表示該class下的設(shè)備在/sys/dev/下的目錄，現(xiàn)在一般有char和block兩個(gè)，如果dev_kobj為NULL，則默認(rèn)選擇char。

dev_uevent，當(dāng)該class下有設(shè)備發(fā)生變化時(shí)，會(huì)調(diào)用class的uevent回調(diào)函數(shù)。

class_release，用于release自身的回調(diào)函數(shù)。

dev_release，用于release class內(nèi)設(shè)備的回調(diào)函數(shù)。在device_release接口中，會(huì)依次檢查Device、Device Type以及Device所在的class，是否注冊(cè)release接口，如果有則調(diào)用相應(yīng)的release接口release設(shè)備指針。

p，和“Linux設(shè)備模型(6)_Bus”中struct bus結(jié)構(gòu)一樣，不再說明。

2.2 struct class_interface

struct class_interface是這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)：它允許class driver在class下有設(shè)備添加或移除的時(shí)候，調(diào)用預(yù)先設(shè)置好的回調(diào)函數(shù)（add_dev和remove_dev）。那調(diào)用它們做什么呢？想做什么都行（例如修改設(shè)備的名稱），由具體的class driver實(shí)現(xiàn)。

該結(jié)構(gòu)的定義如下：

1: /* include/linux/device.h, line 434 */

2: struct class_interface {

3: struct list_head node;

4: struct class *class;

5:

6: int (*add_dev) (struct device *, struct class_interface *);

7: void (*remove_dev) (struct device *, struct class_interface *);

8: };

3. 功能及內(nèi)部邏輯解析

3.1 class的功能

看完上面的東西，蝸蝸依舊糊里糊涂的，class到底提供了什么功能？怎么使用呢？讓我們先看一下現(xiàn)有Linux系統(tǒng)中有關(guān)class的狀況（這里以input class為例）：

root@android:/ # ls /sys/class/input/ -l???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 03:39 event0 -> ../../devices/platform/i2c-gpio.17/i2c-17/17-0066/max77693-muic/input/input0/event0?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 03:39 event1 -> ../../devices/platform/gpio-keys.0/input/input1/event1?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 03:39 event10 -> ../../devices/virtual/input/input10/event10?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 03:39 event2 -> ../../devices/platform/s3c2440-i2c.3/i2c-3/3-0048/input/input2/event2?
…?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 03:39 event8 -> ../../devices/platform/soc-audio/sound/card0/input8/event8?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 03:39 event9 -> ../../devices/platform/i2c-gpio.8/i2c-8/8-0020/input/input9/event9?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 03:39 input0 -> ../../devices/platform/i2c-gpio.17/i2c-17/17-0066/max77693-muic/input/input0?
…?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 03:39 mice -> ../../devices/virtual/input/mice

root@android:/?# ls /sys/devices/platform/s3c2440-i2c.3/i2c-3/3-0048/input/input2/event2/ -l?????????????

-r--r--r-- root???? root???????? 4096 2014-04-23 04:08 dev?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 04:08 device -> ../../input2?
drwxr-xr-x root???? root????????????? 2014-04-23 04:08 power?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 04:08 subsystem -> ../../../../../../../../class/input?
-rw-r--r-- root???? root???????? 4096 2014-04-23 04:08 uevent

root@android:/ # ls /sys/devices/virtual/input/mice/ -l???????????????????????????????????????
-r--r--r-- root???? root???????? 4096 2014-04-23 03:57 dev?
drwxr-xr-x root???? root????????????? 2014-04-23 03:57 power?
lrwxrwxrwx root???? root????????????? 2014-04-23 03:57 subsystem -> ../../../../class/input?
-rw-r--r-- root???? root???????? 4096 2014-04-23 03:57 uevent

看上面的例子，發(fā)現(xiàn)input class也沒做什么實(shí)實(shí)在在的事兒，它（input class）的功能，僅僅是：

在/sys/class/目錄下，創(chuàng)建一個(gè)本class的目錄（input）

在本目錄下，創(chuàng)建每一個(gè)屬于該class的設(shè)備的符號(hào)鏈接（如，把“sys/devices/platform/s3c2440-i2c.3/i2c-3/3-0048/input/input2/event2”設(shè)備鏈接到”/sys/class/input/event2”），這樣就可以在本class目錄下，訪問該設(shè)備的所有特性（即attribute）

另外，device在sysfs的目錄下，也會(huì)創(chuàng)建一個(gè)subsystem的符號(hào)鏈接，鏈接到本class的目錄

算了，我們還是先分析一下Class的核心邏輯都做了哪些事情，至于class到底有什么用處，可以在后續(xù)具體的子系統(tǒng)里面（如input子系統(tǒng)），更為細(xì)致的探討。

3.2 class的注冊(cè)

class的注冊(cè)，是由__class_register接口（它的實(shí)現(xiàn)位于"drivers/base/class.c, line 609"）實(shí)現(xiàn)的，它的處理邏輯和bus的注冊(cè)類似，主要包括：

為class結(jié)構(gòu)中的struct subsys_private類型的指針（cp）分配空間，并初始化其中的字段，包括cp->subsys.kobj.kset、cp->subsys.kobj.ktype等等

調(diào)用kset_register，注冊(cè)該class（回憶“Linux設(shè)備模型(6)_Bus”中的描述，一個(gè)class就是一個(gè)子系統(tǒng)，因此注冊(cè)class也是注冊(cè)子系統(tǒng)）。該過程結(jié)束后，在/sys/class/目錄下，就會(huì)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)該class（子系統(tǒng)）的目錄

調(diào)用add_class_attrs接口，將class結(jié)構(gòu)中class_attrs指針?biāo)赶虻腶ttribute，添加到內(nèi)核中。執(zhí)行完后，在/sys/class/xxx_class/目錄下，就會(huì)看到這些attribute對(duì)應(yīng)的文件

3.3 device注冊(cè)時(shí)，和class有關(guān)的動(dòng)作

在"Linux設(shè)備模型(5)_device和device driver”中，我們有講過struct device和struct device_driver這兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中struct device結(jié)構(gòu)會(huì)包含一個(gè)struct class指針（這從側(cè)面說明了class是device的集合，甚至，class可以是device的driver）。當(dāng)某個(gè)class driver向內(nèi)核注冊(cè)了一個(gè)class后，需要使用該class的device，通過把自身的class指針指向該class即可，剩下的事情，就由內(nèi)核在注冊(cè)device時(shí)處理了。

本節(jié)，我們講一下在device注冊(cè)時(shí)，和class有關(guān)的動(dòng)作：

device的注冊(cè)最終是由device_add接口（drivers/base/core.c）實(shí)現(xiàn)了，該接口中和class有關(guān)的動(dòng)作包括：

調(diào)用device_add_class_symlinks接口，創(chuàng)建3.1小節(jié)描述的各種符號(hào)鏈接，即：在對(duì)應(yīng)class的目錄下，創(chuàng)建指向device的符號(hào)鏈接；在device的目錄下，創(chuàng)建名稱為subsystem、指向?qū)?yīng)class目錄的符號(hào)鏈接

調(diào)用device_add_attrs，添加由class指定的attributes（class->dev_attrs）

如果存在對(duì)應(yīng)該class的add_dev回調(diào)函數(shù)，調(diào)用該回調(diào)函數(shù)

4. 結(jié)束語

其實(shí)在這篇文章結(jié)束后，蝸蝸依舊沒有弄清楚class在內(nèi)核到底是怎么使用的。不過沒關(guān)系，在后續(xù)的子系統(tǒng)的分析中（如input子系統(tǒng)、RTC子系統(tǒng)等），我們會(huì)看到很多class的使用用例。到時(shí)候，再回過頭總結(jié)，就會(huì)很清楚了。

?