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Linux开发讲课7---Linux sysfs文件系统

news 来源：原创 2024/9/29 13:26:28

一、sysfs文件系统介绍

Sysfs（System Filesystem）是Linux内核提供的一种虚拟文件系统，用于向用户空间公开有关设备和驱动程序的信息。它类似于/proc文件系统，但是专注于设备和驱动程序信息，而非进程信息。

Sysfs通过文件和目录的方式组织信息，其中每个文件或目录对应于系统中的一个设备、驱动程序或者其他内核对象。这些文件通常包含有关设备和驱动程序的属性、状态和配置信息。有些文件可以被写入，用于配置和控制设备。

Sysfs通常被挂载在/sys目录下，它提供了一种方便的方式，让用户空间的程序可以动态地获取和管理系统中的设备信息，而无需直接访问内核数据结构。

二、Kernel Object

在Linux内核中，Kobject是内核对象（Kernel Object）的抽象表示。它是内核中几乎所有子系统的基础，用于表示这些子系统中的各种对象，如设备、驱动程序、总线等。

Kobject提供了一个通用的、层次化的对象模型，用于管理内核中的各种对象。每个Kobject都有一个唯一的名称和一个指向其父Kobject的指针，从而组织成一个层次结构。此外，Kobject还可以拥有属性（如设备属性、驱动程序属性等），这些属性可以通过sysfs文件系统向用户空间公开。

Sysfs是通过Kobject来表示设备、驱动程序等内核对象的信息的一种方式。当内核中的设备、驱动程序等对象被创建时，相应的Kobject也会被创建，然后通过Sysfs将其信息暴露给用户空间。

struct kobject在头文件"linux/kobject.h"中定义，它通常被嵌入到其他结构体中。

其中：

kref：提供kobject的引用技术。
ktype：kobject关联的类型。
kset：指向同一类kobject集合的指针。
sd：当前kobject在/sys下的目录条目。

三、Sysfs使用方式

Linux内核中使用sysfs的步骤比较简单：（1）在/sys路径下创建目录；（2）创建sysfs文件。下面将详细展开这两步涉及的内核API。

3.1、在/sys下创建目录

struct kobject * kobject_create_and_add ( const char * name, struct kobject * parent);

Linux内核预定义了几个常用的parent参数：

kernel_kobj：在/sys/kernel下创建目录；
firmware_kobj：在/sys/firmware下创建目录；
fs_kobj：在/sys/fs下创建目录。

如果parent取值为NULL，则在/sys下面创建目录。

相应地，如果需要删除对应的sysfs目录，可以用：

void kobject_put(struct kobject *kobj);

3.2、创建sysfs文件

sysfs文件可以通过sysfs属性来创建，它定义在头文件"sysfs.h"中：

struct kobj_attribute {  struct attribute attr;  ssize_t (*show)(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf);  ssize_t (*store)(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, const char *buf, size_t count);};

其中attr表示将要创建的文件（属性），而show和store分别表示对应的sysfs文件在读和写操作时的回调函数。

struct kobj_attribute可以通过__ATTR宏来创建：

__ATTR(name, permission, show_ptr, store_ptr);

准备好attr之后，可以通过sysfs_create_file来创建出sysfs文件：

int sysfs_create_file ( struct kobject * kobj, const struct attribute * attr);

同样地，如果需要删除对应的sysfs文件，可以用：

void sysfs_remove_file ( struct kobject * kobj, const struct attribute * attr);

将前面介绍的API汇总起来，创建一个sysfs文件的过程代码如下：

struct kobj_attribute my_attr = __ATTR(my_value, 0660, sysfs_show, sysfs_store);static ssize_t sysfs_show(struct kobject *kobj,                          struct kobj_attribute *attr, char *buf){    return sprintf(buf, "%d", my_value);}static ssize_t sysfs_store(struct kobject *kobj,                            struct kobj_attribute *attr,const char *buf, size_t count){        sscanf(buf,"%d",&my_value);        return count;}
/*Creating a directory in /sys/kernel/ */kobj_ref = kobject_create_and_add("my_sysfs", kernel_kobj);/*Creating sysfs file for my_value*/if(sysfs_create_file(kobj_ref,&my_attr.attr)){    printk(KERN_INFO"Failed to create sysfs file\n");    goto r_sysfs;}kobject_put(kobj_ref); sysfs_remove_file(kernel_kobj, &my_attr.attr);

四、Sysfs完整代码演示

kernel_driver.c

#include <linux/kernel.h>#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kdev_t.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/device.h>#include <linux/slab.h>#include <linux/uaccess.h>#include <linux/kthread.h>#include <linux/wait.h>#include <linux/err.h>
uint32_t read_count = 0;static struct task_struct *wait_thread;
dev_t dev = 0;static struct class *dev_class;static struct cdev my_cdev;wait_queue_head_t my_waitqueue;int waitqueue_flag = 0;
static int wait_function(void *unused){
    while (1)    {        pr_info("Waiting For Event...\n");        wait_event_interruptible(my_waitqueue, waitqueue_flag != 0);        if (waitqueue_flag == 2)        {            pr_info("Event Came From Exit Function\n");            return 0;        }        pr_info("Event Came From Read Function - %d\n", ++read_count);        waitqueue_flag = 0;    }    do_exit(0);    return 0;}
static ssize_t my_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t len, loff_t *off){    waitqueue_flag = 1;    wake_up_interruptible(&my_waitqueue);    return 0;}
static struct file_operations fops = {    .owner = THIS_MODULE,    .read = my_read,};
static int __init my_driver_init(void){    if ((alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "my_dev")) < 0)        return -1;
    cdev_init(&my_cdev, &fops);    my_cdev.owner = THIS_MODULE;    my_cdev.ops = &fops;
    if ((cdev_add(&my_cdev, dev, 1)) < 0)        goto r_class;
    if (IS_ERR(dev_class = class_create(THIS_MODULE, "my_class")))        goto r_class;
    if (IS_ERR(device_create(dev_class, NULL, dev, NULL, "my_device")))        goto r_device;
    init_waitqueue_head(&my_waitqueue);
    if ((wait_thread = kthread_create(wait_function, NULL, "WaitThread")))        wake_up_process(wait_thread);
    return 0;
r_device:    class_destroy(dev_class);r_class:    unregister_chrdev_region(dev, 1);    return -1;
}

static void __exit my_driver_exit(void){    waitqueue_flag = 2;    wake_up_interruptible(&my_waitqueue);    device_destroy(dev_class, dev);    class_destroy(dev_class);    cdev_del(&my_cdev);    unregister_chrdev_region(dev, 1);}
module_init(my_driver_init);module_exit(my_driver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("feifei <feifei@gmail.com>");MODULE_DESCRIPTION("Simple linux driver");MODULE_VERSION("1.7");

编译运行演示如下：