Разработка ядра Linux - Роберт Лав

Типы ktype

Объекты kobject могут быть связаны с определенным типом, который называется ktype. Типы ktype представляются с помощью структуры struct kobj_type, определенной в файле <linux/kobject.h> следующим образом.

struct kobj_type {

 void (*release)(struct kobject*);

 struct sysfs_ops *sysfs_ops;

 struct attribute **default_attrs;

};

Тип ktype имеет простое назначение — представлять общее поведение для некоторого семейства объектов kobject. Вместо того чтобы для каждого отдельного объекта задавать особенности поведения, эти особенности связываются с их полем ktype, и объекты одного "типа" характеризуются одинаковым поведением.

Поле release содержит указатель на деструктор, который вызывается, когда количество ссылок на объект становится равным нулю. Эта функция отвечает за освобождение памяти, связанной с объектом, и за другие операции очистки.

Поле sysfs_ops указывает на структуру sysfs_ops. Эта структура определяет поведение файлов на файловой системе sysfs при выполнении операций записи и чтения. Более детально она рассматривается в разделе "Добавление файлов на файловой системе sysfs".

Наконец, поле default_attrs указывает на массив структур attribute. Эти структуры определяют атрибуты, которые связаны с объектом kobject и используются но умолчанию. Атрибуты соответствуют свойствам данного объекта. Если некоторый объект kobject экспортируется через файловую систему sysfs, то атрибуты экспортируются как отдельные файлы. Последний элемент этого массива должен содержать значению NULL.

Множества объектов kset

Множества kset представляют собой коллекции объектов kobject. Множество kset работает как базовый контейнерный класс для объектов, например, "все блочные устройства". Множества kset очень похожи на типы ktype, и возникает вопрос: "Для чего нужны два разных обобщения?" Множество kset объединяет несколько объектов kobject, а типы ktype определяют общие свойства, которые связаны с объектами kobject одного типа. Существует возможность объединить объекты одного типа ktype в различные множества kset.

Поле kset объекта kobject указывает на связанное с данным объектом множество kset. Множество объектов kset представляется с помощью структуры kset, которая определена в файле <linux/kobject.h> следующим образом.

struct kset {

 struct subsystem        *subsys;

 struct kobj_type        *ktype;

 struct list_head        list;

 struct kobject          kobj;

 struct kset_hotplug_ops *hotplug_ops;

};

Указатель ktype указывает на структуру ktype, которая определяет тип всех объектов данного множества, поле list — список всех объектов kobject данного множества, поле kobj — объект kobject, который представляет базовый класс для всех объектов данного множества, а поле hotplug_ops указывает на структуру, которая определяет поведение объектов kobject при горячем подключении устройств, связанных с данным множеством.

Наконец, поле subsys указывает на структуру struct subsystem, которая связана с данным множеством kset.

Подсистемы

Подсистемы используются для представления высокоуровневых концепций ядра и являются коллекцией одного или нескольких множеств kset. Множества kset содержат объекты kobject, подсистемы — множества kset, но связь между множествами в подсистеме значительно более слабая, чем связь между объектами kobject в множестве. Множества kset одной подсистемы могут иметь только наиболее общие объединяющие факторы.

Несмотря на их важную роль, подсистемы представляются с помощью очень простой структуры данных — struct subsystem.

struct subsystem {

 struct kset kset;

 struct rw_semaphore rwsem;

};

Структура subsystem содержит только одно множество kset, тем не менее несколько множеств kset могут указывать на общую структуру subsystem с помощью поля subsys. Такие однонаправленные взаимоотношения означают, что нет возможности определить все множества подсистемы, только имея ее структуру subsystem.

Поле kset, которое содержится в структуре subsystem, — это множество kset подсистемы, которое используется по умолчанию, чтобы зафиксировать положение этой подсистемы в иерархии объектов.

Поле rwsem структуры subsystem — это семафор чтения-записи (см. главу 9, "Средства синхронизации в ядре"), который используется для защиты подсистемы и ее множеств kset от конкурентного доступа. Все множества kset должны принадлежать какой-нибудь подсистеме, поскольку они используют семафор подсистемы для защиты своих данных от конкурентного доступа.

Путаница со структурами

Те несколько структур, которые только что были описаны, приводят к путанице не потому, что их много (только четыре) или они сложные (все они достаточно просты), а потому что они сильно друг с другом переплетаются. При использовании объектов kobject достаточно сложно рассказать об одной структуре, не упоминая другие. Тем не менее, на основании рассмотренных особенностей этих структур можно построить прочное понимание их взаимоотношений.

Самым важным является объект kobject, который представляется с помощью структуры struct kobject. Структура kobject используется для представления наиболее общих объектных свойств структур данных ядра, таких как счетчик ссылок, взаимоотношения родитель-порожденный и имя объекта. С помощью структуры kobject эти свойства можно обеспечить одинаковым для всех стандартным способом. Сами по себе структуры kobject не очень полезны, они обычно встраиваются в другие структуры данных.

С каждым объектом kobject связан один определенный тип данных — ktype, который представляется с помощью структуры struct kobj_type. На экземпляр такой структуры указывает поле ktype каждого объекта kobject. С помощью типов ktype определяются некоторые общие свойства объектов: поведение при удалении объекта, поведение, связанное с файловой системой sysfs, а также атрибуты объекта.

Объекты kobject группируются в множества, которые называются kset. Множества kset представляются с помощью структур данных struct kset. Эти множества предназначены для двух целей. Во-первых, они позволяют использовать встроенный в них объект kobject в качестве базового класса для группы других объектов kobject. Во-вторых, они позволяют объединять вместе несколько связанных между собой объектов kobject. На файловой системе sysfs объекты kobject представляются отдельными каталогами файловой системы. Связанные между собой каталоги, например все подкаталоги одного каталога, могут быть включены в одно множество kset.

Подсистемы соответствуют большим участкам ядра и являются набором множеств kset. Подсистемы представляются с помощью структур struct subsystem. Все каталоги, которые находятся в корне файловой системы sysfs, соответствуют подсистемам ядра.

На рис. 17.1 показаны взаимоотношения между этими структурами данных.

Рис. 17.1. Взаимоотношения между объектами kobject, множествами kset и подсистемами

Управление и манипуляции с объектами kobject

Теперь, когда у нас уже есть представление о внутреннем устройстве объектов kobject и связанных с ними структурах данных, самое время рассмотреть экспортируемые интерфейсы, которые дают возможность управлять объектами kobject и выполнять с ними другие манипуляции. В основном, разработчикам драйверов непосредственно не приходится иметь дело с объектами kobject. Структуры kobject встраиваются в некоторые специальные структуры данных (как это было в примере структуры устройства посимвольного ввода-вывода) и управляются "за кадром" с помощью соответствующей подсистемы драйверов. Тем не менее, объекты kobject не всегда могут оставаться невидимыми, иногда с ними приходится иметь дело, как при разработке кода драйверов, так и при разработке кода управления подсистемами ядра.

Первый шаг при работе с объектами kobject — это их декларация и инициализация. Инициализируются объекты kobject с помощью функции kobject_init(), которая определена в файле <linux/kobject.h> следующим образом.

void kobject_init(struct kobject *kobj);

Единственным параметром этой функции является объект kobject, который необходимо проинициализировать. Перед вызовом этой функции область памяти, в которой хранится объект, должна быть заполнена нулевыми значениями. Обычно это делается при инициализации большой структуры данных, в которую встраивается объект kobject. В других случаях просто необходимо вызвать функцию memset().