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Linux设备模型之bus，device，driver分析

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内核的开发者将总线，设备，驱动这三者用软件思想抽象了出来，巧妙的建立了其间的关系，使之更形象化。结合前面所学的知识，总的来说其三者间的关系为bus有两条链表，分别用于挂接设备和驱动，指定了其自身bus的device或者driver最后都会分别连接到对应bus的这两条链表上，而总线又有其始端，为bus_kset，一个driver可以对应于几个设备，因此driver同样有其设备链表，用于挂接可以操作的设备，其自身也有bus挂接点，用于将自身挂接到对应bus（每个driver只属于一条总线），而对于device，一个设备只属于一条总线，只能有一个driver与其对应，因此对于device，都是单一的，一个driver挂接点，一个bus挂接点，device与bus相同的是都有始端，device为devices_kset，因此device的注册同时会出现在对应的bus目录和device总目录下。好了，下面就以源码为例分别分析一下bus，device，driver的注册过程。

一、bus的注册

bus的注册比较简单，首先来看一下bus的结构：

[cpp]

struct bus_type { const char *name; //名字
struct bus_attribute *bus_attrs; //bus属性集 struct device_attribute *dev_attrs; //device属性集
struct driver_attribute *drv_attrs; //driver属性集 int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env); int (*probe)(struct device *dev);
int (*remove)(struct device *dev); void (*shutdown)(struct device *dev);
int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state); int (*resume)(struct device *dev);
const struct dev_pm_ops *pm; struct bus_type_private *p; //bus的私有成员
}; //其中重点看一下私有成员结构体：
struct bus_type_private { struct kset subsys; //bus内嵌的kset，代表其自身
struct kset *drivers_kset; struct kset *devices_kset;
struct klist klist_devices; //包含devices链表及其操作函数 struct klist klist_drivers; //driver链表及其操作函数
struct blocking_notifier_head bus_notifier; unsigned int drivers_autoprobe:1; //匹配成功自动初始化标志
struct bus_type *bus; };

无论是bus，driver，还是device其本身特征都放在私有成员里，其注册时，都会申请并填充这个结构体，下面具体分析一下bus的注册流程，从bus_register开始：

[cpp]

int bus_register(struct bus_type *bus) {
int retval; struct bus_type_private *priv;
priv = kzalloc(sizeof(struct bus_type_private), GFP_KERNEL); //进入时bus_type->bus_type_private为NULL if (!priv) //该函数主要是对其的设置
return -ENOMEM; priv->bus = bus; //私有成员的bus回指该bus
bus->p = priv; //初始化bus->p,即其私有属性 BLOCKING_INIT_NOTIFIER_HEAD(&priv->bus_notifier);
retval = kobject_set_name(&priv->subsys.kobj, "%s", bus->name); //设置该bus的名字，bus是kset的封装 if (retval)
goto out; //bus_kset即为所有bus的总起始端点
//围绕bus内嵌的kset初始化，和kset的初始化时围绕 priv->subsys.kobj.kset = bus_kset; //kobj相似，没有parent时，就会用kset的kobj，此处即是
priv->subsys.kobj.ktype = &bus_ktype; //属性操作级别统一为bus_ktype priv->drivers_autoprobe = 1; //设置该标志，当有driver注册时，会自动匹配devices
//上的设备并用probe初始化， //当有device注册时也同样找到 driver并会初始化
retval = kset_register(&priv->subsys); //注册kset，创建目录结构，以及层次关系 if (retval)
goto out; retval = bus_create_file(bus, &bus_attr_uevent); //当前bus目录下生成bus_attr_uevent属性文件
if (retval) goto bus_uevent_fail;
priv->devices_kset = kset_create_and_add("devices", NULL, //初始化bus目录下的devices目录，里面级联了该bus下设备， &priv->subsys.kobj); //仍然以kset为原型
if (!priv->devices_kset) { retval = -ENOMEM;
goto bus_devices_fail; }
priv->drivers_kset = kset_create_and_add("drivers", NULL, //初始化bus目录下的drivers目录，里面级联了该bus下设备的driver &priv->subsys.kobj);
if (!priv->drivers_kset) { retval = -ENOMEM;
goto bus_drivers_fail; }
klist_init(&priv->klist_devices, klist_devices_get, klist_devices_put); //初始化klist_devices里的操作函数成员 klist_init(&priv->klist_drivers, NULL, NULL); //klist_drivers里的操作函数置空
retval = add_probe_files(bus); //增加bus_attr_drivers_probe和bus_attr_drivers_autoprobe if (retval) //属性文件
goto bus_probe_files_fail; retval = bus_add_attrs(bus); //增加默认的属性文件
if (retval) goto bus_attrs_fail;
pr_debug("bus: '%s': registered/n", bus->name); return 0;
bus_attrs_fail: //以下为错误处理 remove_probe_files(bus);
bus_probe_files_fail: kset_unregister(bus->p->drivers_kset);
bus_drivers_fail: kset_unregister(bus->p->devices_kset);
bus_devices_fail: bus_remove_file(bus, &bus_attr_uevent);
bus_uevent_fail: kset_unregister(&bus->p->subsys);
out: kfree(bus->p);
bus->p = NULL; return retval;
}

由此可见，bus又是kset的封装，bus_register主要完成了其私有成员bus_type_private的初始化，并初始化了其下的两个目录devices和drivers，及其属性文件，bus有个自己的根目录也就是bus有个起始端点，是bus_kset，经过此番的注册，bus目录下将会出现我们注册的bus，并且其下会有device和driver两个子目录，代表它下面的driver和device链表。

二、driver的注册

下面看一下driver是怎么和bus关联起来的，首先看下driver的结构：

[cpp]

struct device_driver { const char *name; //名字
struct bus_type *bus; //其所在的bus struct module *owner;
const char *mod_name; /* used for built-in modules */ bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */
#if defined(CONFIG_OF) const struct of_device_id *of_match_table;
#endif int (*probe) (struct device *dev); //匹配成功时可能会调用到的函数
int (*remove) (struct device *dev); void (*shutdown) (struct device *dev);
int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state); int (*resume) (struct device *dev);
const struct attribute_group **groups; const struct dev_pm_ops *pm;
struct driver_private *p; //私有成员，表示driver };
//重点看下driver的私有成员 struct driver_private {
struct kobject kobj; //代表driver自身 struct klist klist_devices; //可以操控的设备链表
struct klist_node knode_bus; //挂接到bus的节点 struct module_kobject *mkobj; //模块相关
struct device_driver *driver; //回指该driver };

如同bus一样，重点的仍是可以代表其自身的私有属性，下面具体看一下driver的注册过程，从driver_register开始：

[cpp]

int driver_register(struct device_driver *drv) {
int ret; struct device_driver *other;
BUG_ON(!drv->bus->p); if ((drv->bus->probe && drv->probe) || //driver和bus的同名操作函数如果同时存在，会出现警告
(drv->bus->remove && drv->remove) || //并且会优先选用bus的 (drv->bus->shutdown && drv->shutdown))
printk(KERN_WARNING "Driver '%s' needs updating - please use " "bus_type methods/n", drv->name);
other = driver_find(drv->name, drv->bus); //进入bus的driver链表，确认该driver是否已经注册 if (other) {
put_driver(other); //找到了再减少引用计数，并且报错退出 printk(KERN_ERR "Error: Driver '%s' is already registered, "
"aborting.../n", drv->name); return -EBUSY;
} ret = bus_add_driver(drv); //如果没有注册，那么把该driver加入所在bus
if (ret) return ret;
ret = driver_add_groups(drv, drv->groups); if (ret)
bus_remove_driver(drv); return ret;
} /****************************************************
× 跟踪一下driver_find(drv->name, drv->bus) ****************************************************/
struct device_driver *driver_find(const char *name, struct bus_type *bus) {
struct kobject *k = kset_find_obj(bus->p->drivers_kset, name); //bus->p->drivers_kset代表bus下 struct driver_private *priv; //的driver目录，此处会遍历bus的
//driver链表，通过driver内嵌的 if (k) { //kobj名字比较
priv = to_driver(k); return priv->driver; //如果找到同名的kobj那么返回该driver
} return NULL;
} //看一下kset_find_obj吧:
struct kobject *kset_find_obj(struct kset *kset, const char *name) {
struct kobject *k; struct kobject *ret = NULL;
spin_lock(&kset->list_lock); list_for_each_entry(k, &kset->list, entry) { //遍历bus下的driver链表，如果
if (kobject_name(k) && !strcmp(kobject_name(k), name)) { //找到那么返回找到的kobj，并且把 ret = kobject_get(k); //该driver的kobj引用计数+1
break; }
} spin_unlock(&kset->list_lock);
return ret; }
/************************************************ × 再来跟踪一下driver_register里面的另外一个函数
× bus_add_driver(drv) ************************************************/
int bus_add_driver(struct device_driver *drv) {
struct bus_type *bus; struct driver_private *priv;
int error = 0; bus = bus_get(drv->bus); //取得其所在bus的指针
if (!bus) return -EINVAL;
pr_debug("bus: '%s': add driver %s/n", bus->name, drv->name); //开始初始化这个driver的私有成员， //和bus类似
priv = kzalloc(sizeof(*priv), GFP_KERNEL); if (!priv) {
error = -ENOMEM; goto out_put_bus;
} klist_init(&priv->klist_devices, NULL, NULL); //设备操作函数清空，设备链表初始化
priv->driver = drv; drv->p = priv;
priv->kobj.kset = bus->p->drivers_kset; //kset指定到bus下面 error = kobject_init_and_add(&priv->kobj, &driver_ktype, NULL, //建立层次结构和属性文件
"%s", drv->name); if (error)
goto out_unregister; if (drv->bus->p->drivers_autoprobe) { //bus的自动匹配如果设置为真，
error = driver_attach(drv); //那么到bus的devices上去匹配设备 if (error)
goto out_unregister; }
klist_add_tail(&priv->knode_bus, &bus->p->klist_drivers); //把driver挂接到bus的driver链表 module_add_driver(drv->owner, drv);
error = driver_create_file(drv, &driver_attr_uevent); //以下添加该driver相关属性文件 if (error) {
printk(KERN_ERR "%s: uevent attr (%s) failed/n", __func__, drv->name);
} error = driver_add_attrs(bus, drv);
if (error) { /* How the hell do we get out of this pickle? Give up */
printk(KERN_ERR "%s: driver_add_attrs(%s) failed/n", __func__, drv->name);
} if (!drv->suppress_bind_attrs) {
error = add_bind_files(drv); if (error) {
/* Ditto */ printk(KERN_ERR "%s: add_bind_files(%s) failed/n",
__func__, drv->name); }
} kobject_uevent(&priv->kobj, KOBJ_ADD);
return 0; out_unregister:
kobject_put(&priv->kobj); kfree(drv->p);
drv->p = NULL; out_put_bus:
bus_put(bus); return error;
} /****************************************************************
× 接下来就剩下最终要的匹配函数driver_attach(drv)了，我们来看一下： ****************************************************************/
int driver_attach(struct device_driver *drv) //遍历bus的设备链表找到 { //合适的设备就调用__driver_attach，
return bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach); //NULL表示从头开始遍历 }
//============ int bus_for_each_dev(struct bus_type *bus, struct device *start,
void *data, int (*fn)(struct device *, void *)) {
struct klist_iter i; struct device *dev;
int error = 0; if (!bus)
return -EINVAL; klist_iter_init_node(&bus->p->klist_devices, &i, //进入bus的devices链表
(start ? &start->p->knode_bus : NULL)); while ((dev = next_device(&i)) && !error) //设备存在则调用fn即__driver_attach
error = fn(dev, data); //进行匹配 klist_iter_exit(&i);
return error; }
/********************************************* × 接着看一下__driver_attach这个函数
*********************************************/ static int __driver_attach(struct device *dev, void *data)
{ struct device_driver *drv = data;
if (!driver_match_device(drv, dev)) //进行匹配 return 0;
if (dev->parent) /* Needed for USB */ device_lock(dev->parent);
device_lock(dev); if (!dev->driver) //如果设备没有指定driver
driver_probe_device(drv, dev); //那么需要初始化匹配到的这个设备 device_unlock(dev);
if (dev->parent) device_unlock(dev->parent);
return 0; }
/********************************************* × 又遇到两个分支，囧，先看一下driver_match_device
*********************************************/ static inline int driver_match_device(struct device_driver *drv, //bus的match存在就用bus的
struct device *dev) //，否则就直接匹配成功... { //match通常实现为首先扫描
return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1; //driver支持的id设备表，如果 } //为NULL就用名字进行匹配
/************************************ × 再来看一下driver_probe_device这个函数
************************************/ int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev)
{ int ret = 0;
if (!device_is_registered(dev)) //判断该设备是否已经注册 return -ENODEV;
pr_debug("bus: '%s': %s: matched device %s with driver %s/n", drv->bus->name, __func__, dev_name(dev), drv->name);
pm_runtime_get_noresume(dev); pm_runtime_barrier(dev);
ret = really_probe(dev, drv); //调用really_probe pm_runtime_put_sync(dev);
return ret; }
/************************************ × 看一下device_is_registered
************************************/ static inline int device_is_registered(struct device *dev)
{ return dev->kobj.state_in_sysfs; //在sysfs中表示已经注册
} /************************************
× 再看really_probe ************************************/
static int really_probe(struct device *dev, struct device_driver *drv) {
int ret = 0; atomic_inc(&probe_count);
pr_debug("bus: '%s': %s: probing driver %s with device %s/n", drv->bus->name, __func__, drv->name, dev_name(dev));
WARN_ON(!list_empty(&dev->devres_head)); dev->driver = drv; //device的driver初始化成该driver
if (driver_sysfs_add(dev)) { printk(KERN_ERR "%s: driver_sysfs_add(%s) failed/n",
__func__, dev_name(dev)); goto probe_failed;
} //利用probe初始化设备
if (dev->bus->probe) { //如果bus的probe存在就用bus的， ret = dev->bus->probe(dev); //如果bus的不存在driver的存在
if (ret) //再用driver的 goto probe_failed;
} else if (drv->probe) { ret = drv->probe(dev);
if (ret) goto probe_failed;
} driver_bound(dev); //调用driver_bound进行绑定
ret = 1; pr_debug("bus: '%s': %s: bound device %s to driver %s/n",
drv->bus->name, __func__, dev_name(dev), drv->name); goto done;
probe_failed: devres_release_all(dev);
driver_sysfs_remove(dev); dev->driver = NULL;
if (ret != -ENODEV && ret != -ENXIO) { /* driver matched but the probe failed */
printk(KERN_WARNING "%s: probe of %s failed with error %d/n",
drv->name, dev_name(dev), ret); }
/* * Ignore errors returned by ->probe so that the next driver can try
* its luck. */
ret = 0; done:
atomic_dec(&probe_count); wake_up(&probe_waitqueue);
return ret; }
/********************************** * 最后跟一下driver_bound(dev)这个函数
**********************************/ static void driver_bound(struct device *dev)
{ if (klist_node_attached(&dev->p->knode_driver)) { //判断是否已经绑定
printk(KERN_WARNING "%s: device %s already bound/n", __func__, kobject_name(&dev->kobj));
return; }
pr_debug("driver: '%s': %s: bound to device '%s'/n", dev_name(dev), __func__, dev->driver->name);
klist_add_tail(&dev->p->knode_driver, &dev->driver->p->klist_devices); //将设备添加 //到driver的链表
if (dev->bus) blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->p->bus_notifier,
BUS_NOTIFY_BOUND_DRIVER, dev); }
//all end

总结一下，driver的注册，主要涉及将自身挂接到bus的driver链表，并将匹配到的设备加入自己的device链表，并且将匹配到的device的driver成员初始化为该driver，私有属性的driver节点也挂到driver的设备链表下，其中匹配函数是利用利用bus的match函数，该函数通常判断如果driver有id表，就查表匹配，如果没有就用driver和device名字匹配。当匹配成功后如果自动初始化标志允许则调用初始化函数probe，bus的probe优先级始终高于driver的。另外注意一点driver是没有总的起始端点的，driver不是可具体描述的事物。

由于篇幅比较长，device的分析放到下一篇《linux设备模型之bus，device，driver分析<二>》 ^_^！

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