Разработка ядра Linux - Роберт Лав

static int fish[MAX_FISH];

static int nr_fish;

module_param_array(fish, int, &nr_fish, 0444);

Внутренний массив может иметь имя, отличное от имени внешнего параметра, в этом случае следует использовать макрос module_param_array_named().

module_param_array_named(name, array, type, nump, perm);

Параметры идентичны аналогичным параметрам других макросов.

Наконец, параметры модуля можно документировать, используя макрос MODULE_PARM_DESC().

static unsigned short size = 1;

module_param(size, ushort, 0644);

MODULE_PARM_DESC(size, "The size in inches of the fishing pole "

 "connected to this computer.");

Вес описанные в этом разделе макросы требуют включения заголовочного файла <linux/moduleparam.h>.

Экспортируемые символы

При загрузке модули динамически компонуются с ядром. Так же как и в случае динамически загружаемых бинарных файлов пространства пользователя, в коде модулей могут вызываться только те функции ядра (основного образа или других модулей), которые явно экспортируются для использования. В ядре экспортирование осуществляется с помощью специальных директив EXPORT_SYMBOL() и EXPORT_SYMBOL_GPL().

Функции, которые экспортируются, доступны для использования модулями. Функции, которые не экспортируются, не могут быть вызваны из модулей. Правила компоновки и вызова функций для модулей значительно более строгие, чем для основного образа ядра. Код ядра может использовать любые интерфейсы ядра (кроме тех, которые определены с ключевым словом static), потому что код ядра компонуется в один выполняемый образ. Экспортируемые символы, конечно, тоже не должны определяться как static.

Набор символов ядра, которые экспортируются, называется экспортируемым интерфейсом ядра или даже (здесь не нужно удивляться) API ядра.

Экспортировать символы просто. После того как функция определена, необходимо вызвать директиву EXPORT_SYMBOL().

/*

* get_pirate_beard_color — возвратить значение цвета бороды текущего

* пирата pirate — это глобальная переменная, доступная из данной

* функции цвета определены в файле <linux/beard_colors.h>

*/

int get_pirate_beard_color(void) {

 return pirate->beard->color;

}

EXPORT_SYMBOL(get_pirate_beard_color);

Допустим, что функция get_pirate_beard_color() объявлена в заголовочном файле и ее может использовать любой модуль.

Некоторые разработчики хотят, чтобы их интерфейсы были доступны только для модулей с лицензией GPL. Такая возможность обеспечивается компоновщиком ядра с помощью макроса MODULE_LICENSE(). Если есть желание, чтобы рассматриваемая функция была доступна только для модулей, которые помеченные как соответствующие лицензии GPL, то экспортировать функцию можно следующим образом.

EXPORT_SYMBOL_GPL(get_pirate_beard_color);

Если код ядра конфигурируется для компиляции в виде модуля, то необходимо гарантировать, что все используемые интерфейсы экспортируются. В противном случае будут возникать ошибки компоновщика и загружаемый модуль не будет работать.

Вокруг модулей

В этой главе были рассмотрены особенности написания, сборки, загрузки и выгрузки модулей ядра. Мы обсудили, что такое модули и каким образом ядро операционной системы Linux, несмотря на то что оно является монолитным, может загружать код динамически. Были также рассмотрены параметры модулей и экспортируемые символы. На примере воображаемого модуля ядра (драйвера устройства) управления удочкой был показан процесс написания модуля и процесс добавления к нему различных возможностей, таких как внешние параметры.

В следующей главе будут рассмотрены объекты kobject и файловая система sysfs, которые являются основным интерфейсом к драйверам устройств и, следовательно, к модулям ядра.

Глава 17

Объекты kobject и файловая система sysfs

Унифицированная модель представления устройств — это существенно новая особенность, которая появилась в ядрах серии 2.6. Модель устройств — это единый механизм для представления устройств и описания их топологии в системе. Использование единого представления устройств позволяет получить следующие преимущества.

• Уменьшается дублирование кода.

• Используется механизм для выполнения общих, часто встречающихся функций, таких как счетчики использования.

• Появляется возможность систематизации всех устройств в системе, возможность просмотра состояний устройств и определения, к какой шине то или другое устройство подключено.

• Появляется возможность генерации полной и корректной информации о древовидной структуре всех устройств в системе, включая все шины и соединения.

• Обеспечивается возможность связывания устройств с их драйверами и наоборот.

• Появляется возможность разделения устройств на категории в соответствии с различными классификациями, таких как устройства ввода, без знания физической топологии устройств.

• Обеспечивается возможность просмотра иерархии устройств от листьев к корню и выключения питания устройств в правильном порядке.

Последний пункт был самой первой мотивацией необходимости создания общей модели представления устройств. Для того чтобы реализовать интеллектуальное управление электропитанием в ядре, необходимо построить дерево, которое представляет топологию устройств в системе. Для выключения питания устройств, которые организованы в виде древовидной топологии, ориентированной сверху вниз, ядро должно выключить питание нижних узлов (листьев) перед выключением питания верхних узлов. Например, ядро должно выключить питание USB-мыши перед тем, как выключать питание контроллера шины USB, а питание контроллера шины USB должно быть выключено перед выключением питания шины PCI. Чтобы делать это эффективно и правильно для всей системы, ядру необходимо отслеживать топологию дерева всех устройств в системе.

Объекты kobject

Сердцем модели представления устройств являются объекты kobject, которые представляются с помощью структуры struct kobject, определенной в файле <linux/kobject.h>. Тип kobject аналогичен классу Object таких объектно-ориентированных языков программирования, как С# и Java. Этот тип определяет общую функциональность, такую как счетчик ссылок, имя, указатель на родительский объект, что позволяет создавать объектную иерархию.

Структура, с помощью которой реализованы объекты kobject, имеет следующий вид.

struct kobject {

 char             *k_name;

 char             name[KOBJ_NAME_LEN];

 struct kref      kref;

 struct list_head entry;

 struct kobject   *parent;

 struct kset      *kset

 struct kobj_type *ktype;

 struct dentry    *dentry;

};

Поле k_name содержит указатель на имя объекта. Если длина имени меньше KOBJ_NAME_LEN, что сейчас составляет 20 байт, то имя хранится в массиве name, a поле kname указывает на первый элемент этого массива. Если длина имени больше KOBJ_NAME_LEN байт, то динамически выделяется буфер, размер которого достаточен для хранения строки символов имени, имя записывается в этот буфер, а поле k_name указывает на него.

Указатель parent указывает на родительский объект данного объекта kobject. Таким образом, с помощью структур kobject может быть создана иерархия объектов в ядре, которая позволяет устанавливать соотношения родства между различными объектами. Как будет видно дальше, с помощью файловой системы sysfs осуществляется представление в пространстве пользователя той иерархии объектов kobject, которая существует в ядре.

Указатель dentry содержит адрес структуры struct dentry, которая представляет этот объект в файловой системе sysfs.

Поля kref, ktype и kset указывают на экземпляры структур, которые используются для поддержки объектов kobject. Поле entry используется совместно с полем kset. Сами эти структуры и их использование будут обсуждаться ниже.

Обычно структуры kobject встраиваются в другие структуры данных и сами по себе не используются. Например, такая важная структура, как struct cdev, имеет поле kobj.

/* структура cdev - объект для представления символьных устройств */

struct cdev {

 struct kobject         kobj;

 struct module          *owner;

 struct file_operations *ops;

 struct list_head       list;

 dev_t                  dev;

 unsigned int           count;

};

Когда структуры kobject встраиваются в другие структуры данных, то последние получают те стандартизированные возможности, которые обеспечиваются структурами kobject. Еще более важно, что структуры, которые содержат в себе объекты kobject, становятся частью объектной иерархии. Например, структура cdev представляется в объектной иерархии с помощью указателя на родительский объект cdev->kobj->parent и списка cdev->kobj->entry.