| 2009 年 1 月 08 日 sysfs 是 Linux 內核中設計較新的一種虛擬的基于內存的文件系統，它的作用與 proc 有些類(lèi)似，但除了與 proc 相同的具有查看和設定內核參數功能之外，還有為 Linux 統一設備模型作為管理之用。相比于 proc 文件系統，使用 sysfs 導出內核數據的方式更為統一，并且組織的方式更好，它的設計從 proc 中吸取了很多教訓。本文就 sysfs 的掛載點(diǎn) /sys 目錄結構、其與 Linux 統一設備模型的關(guān)系、常見(jiàn)屬性文件的用法等方面對 sysfs 作入門(mén)介紹，并且就內核編程方面，以具體的例子來(lái)展示如何添加 sysfs 支持。 | sysfs 的歷史，其與 proc 的關(guān)系？
sysfs 本身并不是一項很新的技術(shù)，但筆者發(fā)現，雖然 sysfs 從2003年誕生至今已有5年，但人們對 sysfs 依然缺乏了解；一個(gè)很重要的原因可能是缺乏文檔， Linux 內核方面最重要的理論書(shū)籍“Linux 設備驅動(dòng)第3版”和“理解 Linux 內核第2版”都誕生于2003年前后，并且從那以后尚未有再版過(guò)，其它一些重要文章則多對 sysfs 與 proc 相提并論且舉例常常只有 proc，這導致了 sysfs 的很多重要概念至今仍鮮為人知，因此有必要對 sysfs 作更多介紹，這是寫(xiě)作本文的初衷。 | | sysfs 與 /sys sysfs 文件系統總是被掛載在 /sys 掛載點(diǎn)上。雖然在較早期的2.6內核系統上并沒(méi)有規定 sysfs 的標準掛載位置，可以把 sysfs 掛載在任何位置，但較近的2.6內核修正了這一規則，要求 sysfs 總是掛載在 /sys 目錄上；針對以前的 sysfs 掛載位置不固定或沒(méi)有標準被掛載，有些程序從 /proc/mounts 中解析出 sysfs 是否被掛載以及具體的掛載點(diǎn)，這個(gè)步驟現在已經(jīng)不需要了。請參考附錄給出的 sysfs-rules.txt 文件鏈接。 sysfs 與 proc sysfs 與 proc 相比有很多優(yōu)點(diǎn)，最重要的莫過(guò)于設計上的清晰。一個(gè) proc 虛擬文件可能有內部格式，如 /proc/scsi/scsi ，它是可讀可寫(xiě)的，(其文件權限被錯誤地標記為了 0444 ！，這是內核的一個(gè)BUG)，并且讀寫(xiě)格式不一樣，代表不同的操作，應用程序中讀到了這個(gè)文件的內容一般還需要進(jìn)行字符串解析，而在寫(xiě)入時(shí)需要先用字符串 格式化按指定的格式寫(xiě)入字符串進(jìn)行操作；相比而言， sysfs 的設計原則是一個(gè)屬性文件只做一件事情， sysfs 屬性文件一般只有一個(gè)值，直接讀取或寫(xiě)入。整個(gè) /proc/scsi 目錄在2.6內核中已被標記為過(guò)時(shí)(LEGACY)，它的功能已經(jīng)被相應的 /sys 屬性文件所完全取代。新設計的內核機制應該盡量使用 sysfs 機制，而將 proc 保留給純凈的“進(jìn)程文件系統”。
初識 /sys
清單 1. 與 /sys 文件系統的一次交互(視內核版本號和外接設備的不同，在您的系統上執行這些命令的結果可能與此有所不同)
$ ls -F /sys block/ bus/ class/ dev/ devices/ firmware/ fs/ kernel/ module/ power/ $ ls -F /sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/ broken_parity_status enable modalias resource0 rom uevent class irq msi_bus resource0_wc subsystem@ vendor config local_cpulist power/ resource1 subsystem_device device local_cpus resource resource2 subsystem_vendor |
這 是在 Fedora 10 的 2.6.27.5-117.fc10.i686 的內核上，可以看到在 /sys 目錄下有 block, bus, class, dev, devices, firmware, fs, kernel, module, power 這些子目錄，本文將分別介紹這些目錄存在的含義。 第二個(gè) ls 命令展示了在一個(gè) pci 設備目錄下的文件， "ls" 命令的 "-F" 命令為所列出的每個(gè)文件使用后綴來(lái)顯示文件的類(lèi)型，后綴 "/" 表示列出的是目錄，后綴 "@" 表示列出的是符號鏈接文件?？梢钥吹降诙€(gè)目錄下包含有普通文件 (regular file) 和符號鏈接文件 (symbolic link file) ，本文也將以這個(gè)具體的設備為例說(shuō)明其中每一個(gè)普通文件的用途。
/sys 文件系統下的目錄結構 /sys 下的目錄結構是經(jīng)過(guò)精心設計的：在 /sys/devices 下是所有設備的真實(shí)對象，包括如視頻卡和以太網(wǎng)卡等真實(shí)的設備，也包括 ACPI 等不那么顯而易見(jiàn)的真實(shí)設備、還有 tty, bonding 等純粹虛擬的設備；在其它目錄如 class, bus 等中則在分類(lèi)的目錄中含有大量對 devices 中真實(shí)對象引用的符號鏈接文件； 清單1 中在 /sys 根目錄下頂層目錄的意義如下：
表 1. /sys 下的目錄結構
| /sys 下的子目錄 | 所包含的內容 | | /sys/devices | 這是內核對系統中所有設備的分層次表達模型，也是 /sys 文件系統管理設備的最重要的目錄結構，下文會(huì )對它的內部結構作進(jìn)一步分析； | | /sys/dev | 這個(gè)目錄下維護一個(gè)按字符設備和塊設備的主次號碼(major:minor)鏈接到真實(shí)的設備(/sys/devices下)的符號鏈接文件，它是在內核 2.6.26 首次引入； | | /sys/bus | 這是內核設備按總線(xiàn)類(lèi)型分層放置的目錄結構， devices 中的所有設備都是連接于某種總線(xiàn)之下，在這里的每一種具體總線(xiàn)之下可以找到每一個(gè)具體設備的符號鏈接，它也是構成 Linux 統一設備模型的一部分； | | /sys/class | 這是按照設備功能分類(lèi)的設備模型，如系統所有輸入設備都會(huì )出現在 /sys/class/input 之下，而不論它們是以何種總線(xiàn)連接到系統。它也是構成 Linux 統一設備模型的一部分； | | /sys/block | 這 里是系統中當前所有的塊設備所在，按照功能來(lái)說(shuō)放置在 /sys/class 之下會(huì )更合適，但只是由于歷史遺留因素而一直存在于 /sys/block, 但從 2.6.22 開(kāi)始就已標記為過(guò)時(shí)，只有在打開(kāi)了 CONFIG_SYSFS_DEPRECATED 配置下編譯才會(huì )有這個(gè)目錄的存在，并且在 2.6.26 內核中已正式移到 /sys/class/block, 舊的接口 /sys/block 為了向后兼容保留存在，但其中的內容已經(jīng)變?yōu)橹赶蛩鼈冊?/sys/devices/ 中真實(shí)設備的符號鏈接文件； | | /sys/firmware | 這里是系統加載固件機制的對用戶(hù)空間的接口，關(guān)于固件有專(zhuān)用于固件加載的一套API，在附錄 LDD3 一書(shū)中有關(guān)于內核支持固件加載機制的更詳細的介紹； | | /sys/fs | 這 里按照設計是用于描述系統中所有文件系統，包括文件系統本身和按文件系統分類(lèi)存放的已掛載點(diǎn)，但目前只有 fuse,gfs2 等少數文件系統支持 sysfs 接口，一些傳統的虛擬文件系統(VFS)層次控制參數仍然在 sysctl (/proc/sys/fs) 接口中中； | | /sys/kernel | 這里是內核所有可調整參數的位置，目前只有 uevent_helper, kexec_loaded, mm, 和新式的 slab 分配器等幾項較新的設計在使用它，其它內核可調整參數仍然位于 sysctl (/proc/sys/kernel) 接口中 ; | | /sys/module | 這里有系統中所有模塊的信息，不論這些模塊是以?xún)嚷?lián)(inlined)方式編譯到內核映像文件(vmlinuz)中還是編譯為外部模塊(ko文件)，都可能會(huì )出現在 /sys/module 中： - 編譯為外部模塊(ko文件)在加載后會(huì )出現對應的 /sys/module/<module_name>/, 并且在這個(gè)目錄下會(huì )出現一些屬性文件和屬性目錄來(lái)表示此外部模塊的一些信息，如版本號、加載狀態(tài)、所提供的驅動(dòng)程序等；
- 編譯為內聯(lián)方式的模塊則只在當它有非0屬性的模塊參數時(shí)會(huì )出現對應的 /sys/module/<module_name>, 這些模塊的可用參數會(huì )出現在
/sys/modules/<modname>/parameters/<param_name> 中， - 如 /sys/module/printk/parameters/time 這個(gè)可讀寫(xiě)參數控制著(zhù)內聯(lián)模塊 printk 在打印內核消息時(shí)是否加上時(shí)間前綴；
- 所有內聯(lián)模塊的參數也可以由 "<module_name>.<param_name>=<value>" 的形式寫(xiě)在內核啟動(dòng)參數上，如啟動(dòng)內核時(shí)加上參數 "printk.time=1" 與 向 "/sys/module/printk/parameters/time" 寫(xiě)入1的效果相同；
- 沒(méi)有非0屬性參數的內聯(lián)模塊不會(huì )出現于此。
| | /sys/power | 這里是系統中電源選項，這個(gè)目錄下有幾個(gè)屬性文件可以用于控制整個(gè)機器的電源狀態(tài)，如可以向其中寫(xiě)入控制命令讓機器關(guān)機、重啟等。 | | /sys/slab (對應 2.6.23 內核，在 2.6.24 以后移至 /sys/kernel/slab) | 從2.6.23 開(kāi)始可以選擇 SLAB 內存分配器的實(shí)現，并且新的 SLUB（Unqueued Slab Allocator）被設置為缺省值；如果編譯了此選項，在 /sys 下就會(huì )出現 /sys/slab ，里面有每一個(gè) kmem_cache 結構體的可調整參數。對應于舊的 SLAB 內存分配器下的 /proc/slabinfo 動(dòng)態(tài)調整接口，新式的 /sys/kernel/slab/<slab_name> 接口中的各項信息和可調整項顯得更為清晰。 |
接下來(lái)對 /sys/devices/ 下的目錄結構作進(jìn)一步探討：
清單 2. 查看 /sys/devices/ 的目錄結構
$ ls -F /sys/devices/ isa/ LNXSYSTM:00/ pci0000:00/ platform/ pnp0/ pnp1/ system/ virtual/ |
可以看到，在 /sys/devices/ 目錄下是按照設備的基本總線(xiàn)類(lèi)型分類(lèi)的目錄，再進(jìn)入進(jìn)去查看其中的 PCI 類(lèi)型的設備：
清單 3. 查看 /sys/devices/pci0000:00/ 的目錄結構
$ ls -F /sys/devices/pci0000:00/ 0000:00:00.0/ 0000:00:02.5/ 0000:00:03.1/ 0000:00:0e.0/ power/ 0000:00:01.0/ 0000:00:02.7/ 0000:00:03.2/ firmware_node@ uevent 0000:00:02.0/ 0000:00:03.0/ 0000:00:03.3/ pci_bus/ |
在 /sys/devices/pci0000:00/ 目錄下是按照 PCI 總線(xiàn)接入的設備號分類(lèi)存放的目錄，再查看其中一個(gè)，
清單 4. 查看 /sys/devices/pci0000:00/ 的目錄結構
$ ls -F /sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/ 0000:01:00.0/ device local_cpus power/ subsystem_vendor broken_parity_status enable modalias resource uevent class irq msi_bus subsystem@ vendor config local_cpulist pci_bus/ subsystem_device |
可以看到，其中有一個(gè)目錄 0000:01:00.0/, 其它都是屬性文件和屬性組，而如果對 0000:01:00.0/ 子目錄中進(jìn)行再列表查看則會(huì )得到 清單1 的目錄結構。 繼續以上過(guò)程可以了解整個(gè)目錄樹(shù)的結構，這里把它整理成 圖 1. sysfs 目錄層次圖
圖 1. sysfs 目錄層次圖
其中涉及到 ksets, kobjects, attrs 等很多術(shù)語(yǔ)，這就不得不提到 Linux 統一設備模型。
Linux 統一設備模型 在 Linux 2.5 內核的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人們設計了一套新的設備模型，目的是為了對計算機上的所有設備進(jìn)行統一地表示和操作，包括設備本身和設備之間的連接關(guān)系。這個(gè)模型是在 分析了 PCI 和 USB 的總線(xiàn)驅動(dòng)過(guò)程中得到的，這兩個(gè)總線(xiàn)類(lèi)型能代表當前系統中的大多數設備類(lèi)型，它們都有完善的熱挺拔機制和電源管理的支持，也都有級連機制的支持，以橋接的 PCI/USB 總線(xiàn)控制器的方式可以支持更多的 PCI/USB 設備。為了給所有設備添加統一的電源管理的支持，而不是讓每個(gè)設備中去獨立實(shí)現電源管理的支持，人們考慮的是如何盡可能地重用代碼；而且在有層次模型的 PCI/USB 總線(xiàn)中，必須以合理形式展示出這個(gè)層次關(guān)系，這也是電源管理等所要求的必須有層次結構。 如在一個(gè)典型的 PC 系統中，中央處理器(CPU)能直接控制的是 PCI 總線(xiàn)設備，而 USB 總線(xiàn)設備是以一個(gè) PCI 設備(PCI-USB橋)的形式接入在 PCI 總線(xiàn)設備上，外部 USB 設備再接入在 USB 總線(xiàn)設備上；當計算機執行掛起(suspend)操作時(shí)， Linux 內核應該以 “外部USB設備->USB總線(xiàn)設備->PCI總線(xiàn)設備” 的順序通知每一個(gè)設備將電源掛起；執行恢復(resume)時(shí)則以相反的順序通知；反之如果不按此順序則將有設備得不到正確的電源狀態(tài)變遷的通知，將無(wú)法 正常工作。 sysfs 是在這個(gè) Linux 統一設備模型的開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一項副產(chǎn)品(見(jiàn) 參考資料 中 Greg K. Hartman 寫(xiě)作的 LinuxJournal 文章)。為了將這些有層次結構的設備以用戶(hù)程序可見(jiàn)的方式表達出來(lái)，人們很自然想到了利用文件系統的目錄樹(shù)結構（這是以 UNIX 方式思考問(wèn)題的基礎，一切都是文件?。┰谶@個(gè)模型中，有幾種基本類(lèi)型，它們的對應關(guān)系見(jiàn) 表 2. Linux 統一設備模型的基本結構 ：
表 2. Linux 統一設備模型的基本結構
| 類(lèi)型 | 所包含的內容 | 對應內核數據結構 | 對應/sys項 | | 設備(Devices) | 設備是此模型中最基本的類(lèi)型，以設備本身的連接按層次組織 | struct device | /sys/devices/*/*/.../ | | 設備驅動(dòng)(Device Drivers) | 在一個(gè)系統中安裝多個(gè)相同設備，只需要一份驅動(dòng)程序的支持 | struct device_driver | /sys/bus/pci/drivers/*/ | | 總線(xiàn)類(lèi)型(Bus Types) | 在整個(gè)總線(xiàn)級別對此總線(xiàn)上連接的所有設備進(jìn)行管理 | struct bus_type | /sys/bus/*/ | | 設備類(lèi)別(Device Classes) | 這是按照功能進(jìn)行分類(lèi)組織的設備層次樹(shù)；如 USB 接口和 PS/2 接口的鼠標都是輸入設備，都會(huì )出現在 /sys/class/input/ 下 | struct class | /sys/class/*/ | 從內核在實(shí)現它們時(shí)所使用的數據結構來(lái)說(shuō)， Linux 統一設備模型又是以?xún)煞N基本數據結構進(jìn)行樹(shù)型和鏈表型結構組織的： - kobject: 在 Linux 設備模型中最基本的對象，它的功能是提供引用計數和維持父子(parent)結構、平級(sibling)目錄關(guān)系，上面的 device, device_driver 等各對象都是以 kobject 基礎功能之上實(shí)現的；
struct kobject { const char *name; struct list_head entry; struct kobject *parent; struct kset *kset; struct kobj_type *ktype; struct sysfs_dirent *sd; struct kref kref; unsigned int state_initialized:1; unsigned int state_in_sysfs:1; unsigned int state_add_uevent_sent:1; unsigned int state_remove_uevent_sent:1; }; |
其中 struct kref 內含一個(gè) atomic_t 類(lèi)型用于引用計數， parent 是單個(gè)指向父節點(diǎn)的指針， entry 用于父 kset 以鏈表頭結構將 kobject 結構維護成雙向鏈表； - kset: 它用來(lái)對同類(lèi)型對象提供一個(gè)包裝集合，在內核數據結構上它也是由內嵌一個(gè) kboject 實(shí)現，因而它同時(shí)也是一個(gè) kobject (面向對象 OOP 概念中的繼承關(guān)系) ，具有 kobject 的全部功能；
struct kset { struct list_head list; spinlock_t list_lock; struct kobject kobj; struct kset_uevent_ops *uevent_ops; }; |
其中的 struct list_head list 用于將集合中的 kobject 按 struct list_head entry 維護成雙向鏈表； 涉及到文件系統實(shí)現來(lái)說(shuō)， sysfs 是一種基于 ramfs 實(shí)現的內存文件系統，與其它同樣以 ramfs 實(shí)現的內存文件系統(configfs,debugfs,tmpfs,...)類(lèi)似， sysfs 也是直接以 VFS 中的 struct inode 和 struct dentry 等 VFS 層次的結構體直接實(shí)現文件系統中的各種對象；同時(shí)在每個(gè)文件系統的私有數據 (如 dentry->d_fsdata 等位置) 上，使用了稱(chēng)為 struct sysfs_dirent 的結構用于表示 /sys 中的每一個(gè)目錄項。 struct sysfs_dirent { atomic_t s_count; atomic_t s_active; struct sysfs_dirent *s_parent; struct sysfs_dirent *s_sibling; const char *s_name; union { struct sysfs_elem_dir s_dir; struct sysfs_elem_symlink s_symlink; struct sysfs_elem_attr s_attr; struct sysfs_elem_bin_attr s_bin_attr; }; unsigned int s_flags; ino_t s_ino; umode_t s_mode; struct iattr *s_iattr; }; |
在上面的 kobject 對象中可以看到有向 sysfs_dirent 的指針，因此在sysfs中是用同一種 struct sysfs_dirent 來(lái)統一設備模型中的 kset/kobject/attr/attr_group. 具 體在數據結構成員上， sysfs_dirent 上有一個(gè) union 共用體包含四種不同的結構，分別是目錄、符號鏈接文件、屬性文件、二進(jìn)制屬性文件；其中目錄類(lèi)型可以對應 kobject，在相應的 s_dir 中也有對 kobject 的指針，因此在內核數據結構， kobject 與 sysfs_dirent 是互相引用的； 有了這些概念，再來(lái)回頭看 圖 1. sysfs 目錄層次圖 所表達的 /sys 目錄結構就是非常清晰明了: - 在 /sys 根目錄之下的都是 kset，它們組織了 /sys 的頂層目錄視圖；
- 在部分 kset 下有二級或更深層次的 kset；
- 每個(gè) kset 目錄下再包含著(zhù)一個(gè)或多個(gè) kobject，這表示一個(gè)集合所包含的 kobject 結構體；
- 在 kobject 下有屬性(attrs)文件和屬性組(attr_group)，屬性組就是組織屬性的一個(gè)目錄，它們一起向用戶(hù)層提供了表示和操作這個(gè) kobject 的屬性特征的接口；
- 在 kobject 下還有一些符號鏈接文件，指向其它的 kobject，這些符號鏈接文件用于組織上面所說(shuō)的 device, driver, bus_type, class, module 之間的關(guān)系；
- 不同類(lèi)型如設備類(lèi)型的、設備驅動(dòng)類(lèi)型的 kobject 都有不同的屬性，不同驅動(dòng)程序支持的 sysfs 接口也有不同的屬性文件；而相同類(lèi)型的設備上有很多相同的屬性文件；
注 意，此表內容是按照最新開(kāi)發(fā)中的 2.6.28 內核的更新組織的，在附錄資源如 LDD3 等位置中有提到 sysfs 中曾有一種管理對象稱(chēng)為 subsys (子系統對象)，在最新的內核中經(jīng)過(guò)重構認為它是不需要的，它的功能完全可以由 kset 代替，也就是說(shuō) sysfs 中只需要一種管理結構是 kset，一種代表具體對象的結構是 kobject，在 kobject 下再用屬性文件表示這個(gè)對象所具有的屬性；
常見(jiàn) sysfs 屬性的功能 使用 sysfs 的關(guān)鍵就是掌握這些 sysfs 屬性的用法，下面以一些常見(jiàn)的 sysfs 屬性來(lái)展示它的用法； 使用設備(PCI)的 sysfs 屬性文件 以一份桌面系統上的視頻卡為例，列舉它對應的 kobject 上的屬性文件的對應用途； 一般來(lái)說(shuō)，在 Linux 桌面上都有視頻卡以支持 Xorg 軟件包作為 XWindow 服務(wù)器來(lái)運行，因此先找到 Xorg 的進(jìn)程號，查看這個(gè)進(jìn)程所使用的所有文件（注意查看這個(gè)進(jìn)程屬性需要 root 用戶(hù)權限）； # ps xfa |grep Xorg 2001 tty1 Ss+ 2:24 \_ /usr/bin/Xorg :0 -nr -verbose -auth /var/run/gdm/auth-for-gdm-NPrkZK/database -nolisten tcp vt1 # lsof -nP -p 2001 Xorg 2001 root mem REG 8,3 617732 231033 /usr/lib/xorg/modules/drivers/sis_drv.so [...] Xorg 2001 root mem REG 0,0 134217728 5529 /sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/resource0 Xorg 2001 root mem REG 0,0 131072 5531 /sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/resource1 [...] Xorg 2001 root 7u REG 0,0 256 5504 /sys/devices/pci0000:00/0000:00:00.0/config Xorg 2001 root 8u unix 0xdbe66000 0t0 8756 socket Xorg 2001 root 9u REG 0,0 256 5528 /sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/config |
注意到此 Xorg 服務(wù)器是以?xún)却嬗成?(mem) 的形式打開(kāi)了 "/sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/resource0" 和 "/sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/resource1" ，同時(shí)以文件讀寫(xiě)形式 (7u,9u) 打開(kāi)了 "/sys/devices/pci0000:00/0000:00:00.0/config" 和 "/sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/config" 事 實(shí)上， PCI 設備對應的 kobject 目錄下的 config 正是代表PCI設備的“配置空間”，對于普通 PCI (非PCI-E)設備而言，其配置空間大小一般是 256字節，這個(gè)空間可以使用十六進(jìn)制工具 dump 出來(lái)，如下。(有關(guān) PCI 設備本身的三種地址空間，請參考附錄 LDD3) # hexdump -C /sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/config 00000000 39 10 30 63 03 00 30 02 00 00 00 03 00 00 00 80 |9.0c..0.........| 00000010 08 00 00 d8 00 00 00 e1 01 d0 00 00 00 00 00 00 |................| 00000020 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 19 10 30 1b |..............0.| 00000030 00 00 00 00 40 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |....@...........| 00000040 01 50 02 06 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |.P..............| 00000050 02 00 30 00 0b 02 00 ff 00 00 00 00 00 00 00 00 |..0.............| 00000060 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................| * 00000100 |
這 個(gè)空間正好是 256字節大小，熟悉 PCI 的人們還可以知道，從 PCI 配置空間可以讀到有關(guān)此 PCI 設備的很多有用信息，如廠(chǎng)商代碼，設備代碼，IRQ 號碼等；前四個(gè)字節 0x39 0x10 0x30 0x63 就是按小端(little endian)存放的2個(gè)短整數，因此其 PCI 廠(chǎng)商號碼和 PCI 設備號碼分別是 0x1039 和 0x6330 # lspci -v -d 1039:6330 01:00.0 VGA compatible controller: Silicon Integrated Systems [SiS] 661/741/760 PCI/AGP or 662/761Gx PCIE VGA Display Adapter (prog-if 00 [VGA controller]) Subsystem: Elitegroup Computer Systems Device 1b30 Flags: 66MHz, medium devsel BIST result: 00 Memory at d8000000 (32-bit, prefetchable) [size=128M] Memory at e1000000 (32-bit, non-prefetchable) [size=128K] I/O ports at d000 [size=128] Capabilities: [40] Power Management version 2 Capabilities: [50] AGP version 3.0 |
在 PCI 設備上除了有 config 是配置空間對用戶(hù)的接口以外，還有 resource{0,1,2,...} 是資源空間，對應著(zhù) PCI 設備的可映射內存空間；此外 PCI 設備還提供了很多接口，全部列表如下： # ls -lU /sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/ 總計 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:28 uevent -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:27 resource -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:27 vendor -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:27 device -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:28 subsystem_vendor -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:28 subsystem_device -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:27 class -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:27 irq -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:28 local_cpus -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:28 local_cpulist -r--r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:28 modalias -rw------- 1 root root 4096 12-09 00:28 enable -rw-r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:28 broken_parity_status -rw-r--r-- 1 root root 4096 12-09 00:28 msi_bus lrwxrwxrwx 1 root root 0 12-09 00:28 subsystem -> ../../../../bus/pci drwxr-xr-x 2 root root 0 12-09 00:28 power -rw-r--r-- 1 root root 256 12-08 23:03 config -rw------- 1 root root 134217728 12-08 23:03 resource0 -rw------- 1 root root 134217728 12-09 00:28 resource0_wc -rw------- 1 root root 131072 12-08 23:03 resource1 -rw------- 1 root root 128 12-09 00:28 resource2 -r-------- 1 root root 0 12-09 00:28 rom |
可 以看到很多其它屬性文件，這些屬性文件的權限位也都是正確的，有 w 權限位的才是可以寫(xiě)入。其中大小為 4096字節的屬性一般是純文本描述的屬性，可以直接 cat 讀出和用 echo 字符串的方法寫(xiě)入；其它非 4096字節大小的一般是二進(jìn)制屬性，類(lèi)似于上面的 config 屬性文件；關(guān)于純文本屬性和二進(jìn)制屬性，在下文 編程實(shí)踐：添加sysfs支持 一節會(huì )進(jìn)一步說(shuō)明。 - 從 vendor, device, subsystem_vendor, subsystem_device, class, resource 這些只讀屬性上分別可以讀到此 PCI 設備的廠(chǎng)商號、設備號、子系統廠(chǎng)商號、子系統設備號、PCI類(lèi)別、資源表等，這些都是相應 PCI 設備的屬性，其實(shí)就是直接從 config 二進(jìn)制文件讀出來(lái)，按照配置空間的格式讀出這些號碼；
- 使用 enable 這個(gè)可寫(xiě)屬性可以禁用或啟用這個(gè) PCI 設備，設備的過(guò)程很直觀(guān)，寫(xiě)入1代表啟用，寫(xiě)入0則代表禁用；
- subsystem 和 driver 符號鏈接文件分別指向對應的 sysfs 位置；(這里缺少 driver 符號鏈接說(shuō)明這個(gè)設備當前未使用內核級的驅動(dòng)程序)
- resource0, resource0_wc, resource1, resource2 等是從"PCI 配置空間"解析出來(lái)的資源定義段落分別生成的，它們是 PCI 總線(xiàn)驅動(dòng)在 PCI 設備初始化階段加上去的，都是二進(jìn)制屬性，但沒(méi)有實(shí)現讀寫(xiě)接口，只支持 mmap 內存映射接口，嘗試進(jìn)行讀寫(xiě)會(huì )提示 IO 錯誤，其中 _wc 后綴表示 "合并式寫(xiě)入(write combined)" ，它們用于作應用程序的內存映射，就可以訪(fǎng)問(wèn)對應的 PCI 設備上相應的內存資源段落；
有了 PCI 核心對 sysfs 的完善支持，每個(gè)設備甚至不用單獨的驅動(dòng)程序，如這里的 "0000:01:00.0" 不需要一個(gè)內核級的驅動(dòng)程序，有了 PCI 核心對該設備的配置空間發(fā)現機制，可以自動(dòng)發(fā)現它的各個(gè)不同段落的資源屬性，在 Xorg 應用程序中可以直接以 "/usr/lib/xorg/modules/drivers/sis_drv.so" 這個(gè)用戶(hù)空間的驅動(dòng)程序對其進(jìn)行映射，就可以直接操作此視頻卡了； 有了這一個(gè) PCI 設備的示例可以知道，有了一個(gè) PCI 設備的 /sys/devices/ 設備對象，去訪(fǎng)問(wèn)它的各項屬性和設置屬性都非常簡(jiǎn)單。 使用 uevent 在 sysfs 下的很多 kobject 下都有 uevent 屬性，它主要用于內核與 udev (自動(dòng)設備發(fā)現程序)之間的一個(gè)通信接口；從 udev 本身與內核的通信接口 netlink 協(xié)議套接字來(lái)說(shuō)，它并不需要知道設備的 uevent 屬性文件，但多了 uevent 這樣一個(gè)接口，可用于 udevmonitor 通過(guò)內核向 udevd (udev 后臺程序)發(fā)送消息，也可用于檢查設備本身所支持的 netlink 消息上的環(huán)境變量，這個(gè)特性一般用于開(kāi)發(fā)人員調試 udev 規則文件， udevtrigger 這個(gè)調試工具本身就是以寫(xiě)各設備的 uevent 屬性文件實(shí)現的。 這些 uevent 屬性文件一般都是可寫(xiě)的，其中 /sys/devices/ 樹(shù)下的很多 uevent 屬性在較新內核下還支持可讀： # find /sys/ -type f -name uevent -ls 11 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12月 12 21:10 /sys/devices/platform/uevent 1471 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12月 12 21:10 /sys/devices/platform/pcspkr/uevent 3075 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12月 12 21:10 /sys/devices/platform/vesafb.0/uevent 3915 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12月 12 21:10 /sys/devices/platform/serial8250/uevent 3941 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12月 12 21:10 /sys/devices/platform/serial8250/tty/ttyS2/uevent 3950 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12月 12 21:10 /sys/devices/platform/serial8250/tty/ttyS3/uevent 5204 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12月 12 21:10 /sys/devices/platform/i8042/uevent [...] 912 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12月 12 21:17 /sys/devices/pci0000:00/0000:00:02.5/uevent [...] |
上 面截取的最后一個(gè)是 SCSI 硬盤(pán)控制器設備的 uevent 屬性文件，這些 /devices/ 屬性文件都支持寫(xiě)入，當前支持寫(xiě)入的參數有 "add","remove","change","move","online","offline"。如，寫(xiě)入 "add"，這樣可以向 udevd 發(fā)送一條 netlink 消息，讓它再重新一遍相關(guān)的 udev 規則文件；這個(gè)功能對開(kāi)發(fā)人員調試 udev 規則文件很有用。 # echo add > /sys/devices/pci0000:00/0000:00:02.5/uevent |
使用驅動(dòng)(PCI)的 sysfs 屬性文件， bind, unbind 和 new_id 在設備驅動(dòng) /sys/bus/*/driver/... 下可以看到很多驅動(dòng)都有 bind, unbind, new_id 這三個(gè)屬性， # find /sys/bus/*/drivers/ -name bind -ls ... |
每 一個(gè)設備驅動(dòng)程序在程序內以某種方式注明了可用于哪些硬件，如所有的 PCI 驅動(dòng)都使用 MODULE_DEVICE_TABLE 聲明了所能驅動(dòng)的 PCI 硬件的 PCI 設備號。但驅動(dòng)程序不能預知未來(lái)，未來(lái)生產(chǎn)的新的硬件有可能兼容現有硬件的工作方式，就還可以使用現有硬件驅動(dòng)程序來(lái)工作。在 bind 和 unbind 發(fā)明以前，這種情況除了修改 PCI 設備驅動(dòng)程序的 DEVICE_TABLE 段落，重新編譯驅動(dòng)程序，以外別無(wú)他法，在 2.6 內核上添加了 bind 和 unbind 之后可以在不重新編譯的情況下對設備和驅動(dòng)之間進(jìn)行手工方式地綁定。 而且對于有些硬件設備可以有多份驅動(dòng)可用，但任何具體 時(shí)刻只能有一個(gè)驅動(dòng)程序來(lái)驅動(dòng)這個(gè)硬件，這時(shí)可以使用 bind/unbind 來(lái)強制使用和不使用哪一個(gè)驅動(dòng)程序；(注意關(guān)于多種驅動(dòng)程序的選擇，更好的管理方法是使用 modprobe.conf 配置文件，需要重啟才生效，而 bind/unbind 提供的是一種臨時(shí)的無(wú)需重啟立即生效的途徑；) 使用它們可以強制綁定某個(gè)設備使用或強制不使用某個(gè)驅動(dòng)程序，操作方法就是通過(guò) bind 和 unbind 接口。 # find /sys/ -type f \( -name bind -or -name unbind -or -name new_id \) -ls 69 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12月 12 22:12 /sys/devices/virtual/vtconsole/vtcon0/bind 3072 0 --w------- 1 root root 4096 12月 12 22:15 /sys/bus/platform/drivers/vesafb/unbind [...] 6489 0 --w------- 1 root root 4096 12月 12 22:09 /sys/bus/pci/drivers/8139too/unbind 6490 0 --w------- 1 root root 4096 12月 12 22:09 /sys/bus/pci/drivers/8139too/bind 6491 0 --w------- 1 root root 4096 12月 12 22:15 /sys/bus/pci/drivers/8139too/new_id |
這個(gè)結果中特別提到了 8139too 這份驅動(dòng)程序的這三個(gè)屬性文件， # find /sys/bus/pci/drivers/8139too/ -ls 6435 0 drwxr-xr-x 2 root root 0 12月 12 22:08 /sys/bus/pci/drivers/8139too/ 6436 0 lrwxrwxrwx 1 root root 0 12月 12 22:08 /sys/bus/pci/drivers/8139too/0000:00:0e.0 -> ../../../../devices/pci0000:00/0000:00:0e.0 6485 0 lrwxrwxrwx 1 root root 0 12月 12 22:08 /sys/bus/pci/drivers/8139too/module -> ../../../../module/8139too 6488 0 --w------- 1 root root 4096 12月 12 22:08 /sys/bus/pci/drivers/8139too/uevent 6489 0 --w------- 1 root root 4096 12月 12 22:08 /sys/bus/pci/drivers/8139too/unbind 6490 0 --w------- 1 root root 4096 12月 12 22:08 /sys/bus/pci/drivers/8139too/bind 6491 0 --w------- 1 root root 4096 12月 12 22:08 /sys/bus/pci/drivers/8139too/new_id # echo 0000:00:0e.0 > /sys/bus/pci/drivers/8139too/unbind -bash: echo: write error: 沒(méi)有那個(gè)設備 # ip addr 1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue state UNKNOWN link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00 inet 127.0.0.1/8 scope host lo 2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UNKNOWN qlen 1000 link/ether 00:14:2a:d1:16:72 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet 192.168.1.102/24 brd 192.168.1.255 scope global eth0 3: bond0: <BROADCAST,MULTICAST,MASTER> mtu 1500 qdisc noop state DOWN link/ether 00:00:00:00:00:00 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff # echo -n 0000:00:0e.0 > /sys/bus/pci/drivers/8139too/unbind # ip addr 1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue state UNKNOWN link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00 inet 127.0.0.1/8 scope host lo 3: bond0: <BROADCAST,MULTICAST,MASTER> mtu 1500 qdisc noop state DOWN link/ether 00:00:00:00:00:00 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff # echo -n 0000:00:0e.0 > /sys/bus/pci/drivers/8139too/bind # ip addr 1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue state UNKNOWN link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00 inet 127.0.0.1/8 scope host lo 3: bond0: <BROADCAST,MULTICAST,MASTER> mtu 1500 qdisc noop state DOWN link/ether 00:00:00:00:00:00 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff 4: eth0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000 link/ether 00:14:2a:d1:16:72 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff |
這一段操作過(guò)程演示了如何對 PCI 設備 "0000:00:0e.0" 強制取消綁定 "8139too" 驅動(dòng)和強制綁定 "8139too" 驅動(dòng)： - 對 unbind 屬性寫(xiě)入總線(xiàn)號碼(bus_id)即是強制取消綁定；
- 對 bind 屬性寫(xiě)入總線(xiàn)號碼(bus_id)即是強制綁定；
注意，它要求的寫(xiě)入的是總線(xiàn)號碼，對應于PCI設備的總線(xiàn)號碼是按照 "domain(4位):bus(2位):slot(2位):function號(不限)" 的方式組織，是可以從其設備 kobject 節點(diǎn)上找到，而其它類(lèi)型的總線(xiàn)有各自不同的規則； 請 特別注意： 在這一個(gè)例子中， "echo 0000:00:0e.0 > /sys/bus/pci/drivers/8139too/unbind" 這第一個(gè)寫(xiě)入命令以 "No such device" 為錯誤退出，而后續的 "echo -n" 命令則可以成功。這是因為內核在對總線(xiàn)號碼進(jìn)行匹配時(shí)過(guò)于嚴格了，通常的 "echo" 命令寫(xiě)入一個(gè)字符串會(huì )以一個(gè)換行符結束輸出，內核所接收到的是帶有這個(gè)換行符的 bus_id 字符串，將它與內核數據結構中的真正的 bus_id 字符串相比較，當然不能找到；所幸的是，這個(gè)問(wèn)題在最新的 2.6.28 開(kāi)發(fā)中的內核上已已經(jīng)解決，它將這個(gè)比較函數改為一個(gè)特殊實(shí)現的字符串比較，自動(dòng)忽略結尾處的換行符，在 2.6.28-rc6 內核上測試，不帶"-n"參數的 echo 命令已經(jīng)可以寫(xiě)入成功。 而 new_id 屬性文件也可以以另一種途徑解決新的設備號問(wèn)題：它是一個(gè)只寫(xiě)的驅動(dòng)屬性，可用于向其中寫(xiě)新的設備號。它支持寫(xiě)入 2至7個(gè)十六進(jìn)制整形參數，分別代表 vendor, device, subvendor, subdevice, class, class_mask, driver_data 最少為 2個(gè)是因為一個(gè) PCI設備主要以廠(chǎng)商號(vendor)和設備號(device)所唯一標定，其它 5個(gè)參數如果不輸入則缺省值為 PCI_ANY_ID(0xffff)。 5441 0 --w------- 1 root root 4096 12月 14 18:15 /sys/bus/pci/drivers/8139too/new_id |
從 8139too 驅動(dòng)上可以看到它當前所靜態(tài)支持的設備號碼列表，其中包括當前系統中的設備 10ec:8139, 假設未來(lái)有一款 8140 設備也滿(mǎn)足 8139 設備的硬件通訊協(xié)議，于是可以使用 8139too 驅動(dòng)程序來(lái)驅動(dòng)它，操作如下 # echo '10ec 8140' > /sys/bus/pci/drivers/8139too/new_id |
這在不更新驅動(dòng)程序的情況下調試設備很有用處。 使用 scsi_host 的 scan 屬性 在具有使用 SCSI 總線(xiàn)連接的主機上，與 PCI類(lèi)似的是也采用四個(gè)號碼作為一組來(lái)描述一個(gè)設備，其中位于最頂層的是 scsi_host。 我們從設備類(lèi)別 /class/為起點(diǎn)來(lái)探索： # ls -lU /sys/class/scsi_host 總計 0 lrwxrwxrwx 1 root root 0 12-13 01:59 host0 -> ../../devices/pci0000:00/0000:00:02.5/host0/scsi_host/host0 lrwxrwxrwx 1 root root 0 12-13 01:59 host1 -> ../../devices/pci0000:00/0000:00:02.5/host1/scsi_host/host1 |
注意這是 2.6.27 內核的最新變化，在 /sys/class/ 下的都改為符號鏈接，真實(shí)的 kobject 都存在于 /sys/devices/ 中；我們這里探索其中的 host0 這個(gè) SCSI 控制器： # readlink -f /sys/class/scsi_host/host0 /sys/devices/pci0000:00/0000:00:02.5/host0/scsi_host/host0 # ls -lU /sys/devices/pci0000:00/0000:00:02.5/host0/scsi_host/host0 總計 0 -rw-r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 uevent lrwxrwxrwx 1 root root 0 12-13 02:02 subsystem -> ../../../../../../class/scsi_host lrwxrwxrwx 1 root root 0 12-13 02:02 device -> ../../../host0 -r--r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 unique_id -r--r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 host_busy -r--r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 cmd_per_lun -r--r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 can_queue -r--r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 sg_tablesize -r--r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 unchecked_isa_dma -r--r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 proc_name --w------- 1 root root 4096 12-13 02:02 scan -rw-r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 state -rw-r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 supported_mode -rw-r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 active_mode -r--r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 prot_capabilities -r--r--r-- 1 root root 4096 12-13 02:02 prot_guard_type drwxr-xr-x 2 root root 0 12-13 02:02 power |
對這些屬性文件解釋如下： - 有四個(gè) SCSI 特有的可寫(xiě)參數： scan,state,supported_mode,active_mode；可以向其中寫(xiě)入不同的參數來(lái)控制此 SCSI 控制器的各種狀態(tài)；
- 其它一些可讀屬性用于讀取這個(gè) SCSI 控制器的一些當前值；
其 中的 scan 屬性文件在調試一些 SCSI 硬件驅動(dòng)時(shí)很有用，它是只寫(xiě)的，可以寫(xiě)入三個(gè)至四個(gè)以空格分開(kāi)的整數，用于分別指定對應的 host, channel, id, lun 進(jìn)行重新搜索。且這個(gè) scan 屬性支持以"-"作為通配符，如以下命令可以執行讓整個(gè) scsi_host 進(jìn)行重新搜索，這個(gè)功能用于調試某些對熱挺拔實(shí)現不完善的 SCSI 驅動(dòng)程序很有用： # echo '- - -' >/sys/devices/pci0000:00/0000:00:02.5/host0/scsi_host/host0/scan |
內核模塊中的 sysfs 屬性文件 以一個(gè) 8139too 模塊為例解釋在這個(gè) kboject 下每一個(gè)屬性的用途； # find /sys/module/8139too/ -ls 6408 0 -r--r--r-- 1 root root 4096 12月 13 02:17 /sys/module/8139too/version 6412 0 drwxr-xr-x 2 root root 0 12月 13 02:17 /sys/module/8139too/sections 6433 0 drwxr-xr-x 2 root root 0 12月 13 02:17 /sys/module/8139too/notes 6434 0 -r--r--r-- 1 root root 36 12月 13 02:17 /sys/module/8139too/notes/.note.gnu.build-id 6486 0 drwxr-xr-x 2 root root 0 12月 13 02:17 /sys/module/8139too/drivers 6487 0 lrwxrwxrwx 1 root root 0 12月 13 02:17 /sys/module/8139too/drivers/pci:8139too -> ../../../bus/pci/drivers/8139too |
其 中的屬性文件都是只讀的，用于提供信息。從 version, srcversion 上可以了解到這個(gè)模塊所聲明的版本號，源碼版本號， refcnt 是模塊引用計數， sections 屬性組中有一些模塊加載至內存的相應節信息， drivers/ 目錄中是對所提供的驅動(dòng)的鏈接； 因 為模塊是內核驅動(dòng)編程的最佳選擇，而一個(gè)模塊有可能提供多個(gè)驅動(dòng)程序，因而在未知一個(gè)設備在用哪一個(gè)驅動(dòng)的情況下可以先從 /sys/module/ 查找相應模塊的情況，再從 drivers/ 發(fā)現出真正的驅動(dòng)程序?；蛘咭部梢酝耆催^(guò)來(lái)利用這些信息，先用 lspci/lshw 等工具找到 /sys/devices/ 下的設備節點(diǎn)，再從其設備的 driver 鏈接找到 /sys/bus/*/drivers/ 下的 device_driver, 再從 device_driver 下的 module 鏈接找到 /sys/module/*/，這樣就可以得到已加載模塊中空間是哪一個(gè)模塊在給一個(gè)設備提供驅動(dòng)程序。 更多 sysfs 屬性文件 以 上所舉的例子僅僅是一些常見(jiàn)的 sysfs 屬性用法，實(shí)際的系統中還常常有很多其它的從未見(jiàn)過(guò)的 sysfs 屬性，因此只有舉例是不夠的，即使維護了一份 sysfs 屬性用法參考大全也不夠，未來(lái)的內核版本還會(huì )出現新的 sysfs 屬性，因此還必須了解 Linux 內核代碼以找到實(shí)現這些屬性的代碼位置，以學(xué)會(huì )在沒(méi)有相應屬性文檔的情況從內核源代碼來(lái)分析其 sysfs 屬性功能。
Sysfs 源碼分析和編程實(shí)踐 從源代碼中理解 sysfs 屬性的用途 更多的 sysfs 屬性的功能只能靠閱讀源代碼來(lái)理解。還是以上文提到的 scsi_host 的 scan 屬性來(lái)理解，這個(gè)功能沒(méi)有任何文檔上有描述，因此只能去讀源代碼。 在 內核中， sysfs 屬性一般是由 __ATTR 系列的宏來(lái)聲明的，如對設備的使用 DEVICE_ATTR ，對總線(xiàn)使用 BUS_ATTR ，對驅動(dòng)使用 DRIVER_ATTR ，對類(lèi)別(class)使用 CLASS_ATTR, 這四個(gè)高級的宏來(lái)自于 <include/linux/device.h>, 都是以更低層的來(lái)自 <include/linux/sysfs.h> 中的 __ATTR/__ATRR_RO 宏實(shí)現； 因此我們在內核源碼樹(shù)中相應位置 drivers/scsi/ 找到這幾個(gè)宏的使用情況，可以得到在 drivers/scsi/scsi_sysfs.c 中： static ssize_t store_scan(struct device *dev, struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t count) { struct Scsi_Host *shost = class_to_shost(dev); int res; res = scsi_scan(shost, buf); if (res == 0) res = count; return res; }; static DEVICE_ATTR(scan, S_IWUSR, NULL, store_scan); |
DEVICE_ATTR 宏聲明有四個(gè)參數，分別是名稱(chēng)、權限位、讀函數、寫(xiě)函數。這里對應的，名稱(chēng)是 scan, 權限是只有屬主可寫(xiě)(S_IWUSR)、沒(méi)有讀函數、只有寫(xiě)函數。因此讀寫(xiě)功能與權限位是對應的，因為 DEVICE_ATTR 把權限位聲明與真正的讀寫(xiě)是否實(shí)現放在了一起，減少了出現不一致的可能。(上文提到 /proc/scsi/scsi 接口的權限位聲明與其功能不對應，這與注冊 proc 接口的函數設計中的不一致是有關(guān)系的，權限位聲明與功能實(shí)現不在代碼中同一個(gè)位置，因此易出錯。雖然修復 /proc/scsi/scsi 的權限位錯誤很容易，但內核團隊中多年來(lái)一直沒(méi)有人發(fā)現或未有人去修正這個(gè) BUG，應該是與 /proc/scsi/ 接口的過(guò)時(shí)有關(guān)，過(guò)時(shí)的功能會(huì )在未來(lái)某個(gè)內核版本中去除。) 上面的 scan 屬性寫(xiě)入功能是在 store_scan 函數中實(shí)現的，這個(gè)接口的四個(gè)參數中， buf/count 代表用戶(hù)寫(xiě)入過(guò)來(lái)的字符串，它把 buf 進(jìn)一步傳給了 scsi_scan 函數；如果進(jìn)一步分析 scsi_scan 函數實(shí)現可以知道，它期望從 buf 中接受三個(gè)或四個(gè)整型值(也接受"-"作為通配符)，分別代表 host, channel, id 三個(gè)值，(第四個(gè)整數在早期內核中曾代表 lun 號碼，但在較新內核中第四個(gè)數字被忽略，僅作為向后兼容保留接受四個(gè)整數)，然后對具體的 (host, channel, id) 進(jìn)行重新掃描以發(fā)現這個(gè) SCSI 控制器上的設備變動(dòng)。 添加 sysfs 支持 如果你正在開(kāi)發(fā)的設備驅動(dòng)程序中需要與用戶(hù)層的接口，一般可選的方法有： - 注 冊虛擬的字符設備文件，以這個(gè)虛擬設備上的 read/write/ioctl 等接口與用戶(hù)交互；但 read/write 一般只能做一件事情， ioctl 可以根據 cmd 參數做多個(gè)功能，但其缺點(diǎn)是很明顯的： ioctl 接口無(wú)法直接在 Shell 腳本中使用，為了使用 ioctl 的功能，還必須編寫(xiě)配套的 C語(yǔ)言的虛擬設備操作程序， ioctl 的二進(jìn)制數據接口也是造成大小端問(wèn)題 (big endian與little endian)、32位/64位不可移植問(wèn)題的根源；
- 注冊 proc 接口，接受用戶(hù)的 read/write/ioctl 操作；同樣的，一個(gè) proc 項通常使用其 read/write/ioctl 接口，它所存在的問(wèn)題與上面的虛擬字符設備的的問(wèn)題相似；
- 注冊 sysfs 屬性；
最 重要的是，添加虛擬字符設備支持和注冊 proc 接口支持這兩者所需要增加的代碼量都并不少，最好的方法還是使用 sysfs 屬性支持，一切在用戶(hù)層是可見(jiàn)的透明，且增加的代碼量是最少的，可維護性也最好；方法就是使用 <include/linux/device.h> 頭文件提供的這四個(gè)宏，分別應用于總線(xiàn)/類(lèi)別/驅動(dòng)/設備四種內核數據結構對象上： #define BUS_ATTR(_name, _mode, _show, _store) struct bus_attribute bus_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store) #define CLASS_ATTR(_name, _mode, _show, _store) struct class_attribute class_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store) #define DRIVER_ATTR(_name, _mode, _show, _store) struct driver_attribute driver_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store) #define DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store) struct device_attribute dev_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store) |
總線(xiàn)(BUS)和類(lèi)別(CLASS)屬性一般用于 新設計的總線(xiàn)和新設計的類(lèi)別，這兩者一般是不用的；因為你的設備一般是以PCI等成熟的常規方式連接到主機，而不會(huì )去新發(fā)明一種類(lèi)型；使用驅動(dòng)屬性和設備 屬性的區別就在于：看你的 sysfs 屬性設計是針對整個(gè)驅動(dòng)有效的還是針對這份驅動(dòng)所可能支持的每個(gè)設備分別有效。 從 頭文件中還可以找到 show/store 函數的原型，注意到它和虛擬字符設備或 proc 項的 read/write 的作用很類(lèi)似，但有一點(diǎn)不同是 show/store 函數上的 buf/count 參數是在 sysfs 層已作了用戶(hù)區/內核區的內存復制，虛擬字符設備上常見(jiàn)的 __user 屬性在這里并不需要，因而也不需要多一次 copy_from_user/copy_to_user, 在 show/store 函數參數上的 buf/count 參數已經(jīng)是內核區的地址，可以直接操作。 上面四種都是 Linux 統一設備模型所添加的高級接口，如果使用 sysfs 所提供的底層接口的話(huà)，則還有下面兩個(gè)，定義來(lái)自 <include/linux/sysfs.h> ：(上面的總線(xiàn)/類(lèi)別/驅動(dòng)/設備四個(gè)接口都是以這里的__ATTR實(shí)現的) #define __ATTR(_name,_mode,_show,_store) { .attr = {.name = __stringify(_name), .mode = _mode }, .show = _show, .store = _store, } #define __ATTR_RO(_name) { .attr = { .name = __stringify(_name), .mode = 0444 }, .show = _name##_show, } |
上 面這些宏都是在注冊總線(xiàn)/類(lèi)別/驅動(dòng)/設備時(shí)作為缺省屬性而使用的，在實(shí)際應用中還有一種情況是根據條件動(dòng)態(tài)添加屬性，如 PCI 設備上的 resource{0,1,2,...} 屬性文件，因為一個(gè) PCI 設備上的可映射資源究竟有多少無(wú)法預知，也只能以條件判斷的方式動(dòng)態(tài)添加上。 int __must_check sysfs_create_file(struct kobject *kobj, const struct attribute *attr); int __must_check sysfs_create_bin_file(struct kobject *kobj, struct bin_attribute *attr); |
這兩個(gè)函數可以對一個(gè) kobject 動(dòng)態(tài)添加上文本屬性或二進(jìn)制屬性，這也是唯一可以添加二進(jìn)制屬性的方法。 二進(jìn)制屬性與普通文本屬性的區別在于： - 二進(jìn)制屬性
struct bin_attribute 中內嵌一個(gè) struct attribute 結構體對象，因此具有普通屬性的所有功能特征； - 二進(jìn)制屬性上多一個(gè) size 用來(lái)描述此二進(jìn)制文件的大小，而普通屬性文件的大小總是 4096, 準確地說(shuō)，應該是一個(gè)內存頁(yè)的大小，因為從當前 sysfs 內核實(shí)現來(lái)說(shuō)，它分配一個(gè)內存頁(yè)面來(lái)作為 (buf/count) 的緩沖區；
- 二進(jìn)制屬性比普通屬性多內存映射(mmap)接口的支持；
編程示例，對 LDD3 一書(shū)中的 lddbus 驅動(dòng)程序的 sysfs 改進(jìn) 首先，這個(gè)程序本身是針對當時(shí)作者寫(xiě)書(shū)的年代的內核(2.6.11)而編寫(xiě)的，在當前的 Fedora10 系統 (2.6.27.5-117.fc10.i686) 上甚至無(wú)法編譯編譯通過(guò)；因此首先需要將它移植過(guò)來(lái)至少達到可運行狀態(tài)； 附件的壓縮包中含有修改過(guò)的 lddbus, sculld 的源代碼和修改過(guò)程的四個(gè)patch:
小結 sysfs 給應用程序提供了統一訪(fǎng)問(wèn)設備的接口，但可以看到， sysfs 僅僅是提供了一個(gè)可以統一訪(fǎng)問(wèn)設備的框架，但究竟是否支持 sysfs 還需要各設備驅動(dòng)程序的編程支持；在 2.6 內核誕生 5年以來(lái)的發(fā)展中，很多子系統、設備驅動(dòng)程序逐漸轉向了 sysfs 作為與用戶(hù)空間友好的接口，但仍然也存在大量的代碼還在使用舊的 proc 或虛擬字符設備的 ioctl 方式；如果僅從最終用戶(hù)的角度來(lái)說(shuō)， sysfs 與 proc 都是在提供相同或類(lèi)似的功能，對于舊的 proc 代碼，沒(méi)有絕對的必要去做 proc 至 sysfs 的升級；因此在可預見(jiàn)的將來(lái)， sysfs 會(huì )與 proc, debugfs, configfs 等共存很長(cháng)一段時(shí)間。
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