Linux设备管理（三）：sysfs文件系统的功能及其应用

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*本文为个人学习记录，如有错误，欢迎指正。

*本文参考资料：

*　　　　　　　　http://www.wowotech.net/linux_kenrel/dm_sysfs.html

*　　　　　　　　https://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/11783847

*　　　　　　　　http://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6202298.html

*　　　　　　　　http://www.wowotech.net/linux_kenrel/dm_sysfs.html

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1. sysfs的简介

sysfs是一个基于ramfs的文件系统，在2.6内核开始引入，用来导出内核对象(kernel object)的数据、属性到用户空间，以文件目录结构的形式为用户空间提供对这些数据、属性的访问支持。

从驱动开发的角度，/sysfs为用户提供了除了设备文件/dev和/proc之外的另外一种通过用户空间访问内核数据的方式。使用sysfs，编译内核的时候需要定义CONFIG_SYSFS，可以通过mount -t sysfs sysfs /sys命令来挂载sysfs到"/sys"目录。

2. sysfs的目录结构

/sys	/sys/block/	块设备的存放目录，这是一个过时的接口，按照sysfs的设计理念，所有的设备都存放在"sys/devices/"同时在"sys/bus/"或(和)"sys/class/"存放相应的符号链接，所以现在这个目录只是为了提高兼容性的设计，里面的文件已经被全部替换成了符号链接，只有在编译内核的时候勾选CONFIG_SYSFS_DEPRECATED才会有这个目录。
	/sys/bus/	bus包含了系统中所有的总线，每一种总线通常还有两个子目录：device和driver。
	/sys/class/	按照设备功能对系统设备进行分类的结果放在这个目录，如系统所有输入设备都会出现在 "/sys/class/input"之下。和sys/bus一样，sys/class最终的文件都是符号链接，这样设备可以保证整个系统中每一个设备都只有一个实例。
	/sys/dev/	按照设备号对字符设备和块设备进行分类的结果放在这个目录，同样，文件依然是使用符号链接的形式链接到"sys/devices/"中的相应文件。
	/sys/devices	所有的设备文件实例都在"sys/devices/"目录下。
	/sys/fs	这里按照设计是用于描述系统中所有文件系统，包括文件系统本身和按文件系统分类存放的已挂载点，但目前只有 fuse,gfs2 等少数文件系统支持 sysfs 接口，一些传统的虚拟文件系统(VFS)层次控制参数仍然在 sysctl (/proc/sys/fs) 接口中。
	/sys/kernel	这里是内核所有可调整参数的位置，目前只有 uevent_helper, kexec_loaded, mm, 和新式的 slab 分配器等几项较新的设计在使用它，其它内核可调整参数仍然位于 sysctl (/proc/sys/kernel) 接口中。
	/sys/module	这里有系统中所有模块的信息，不论这些模块是以内联(inlined)方式编译到内核映像文件(vmlinuz)中还是编译为外部模块(ko文件)，都可能会出现在 /sys/module 中：编译为外部模块(ko文件)在加载后会出现对应的/sys/module/。
	/sys/power	这里是系统中电源选项，这个目录下有几个属性文件可以用于控制整个机器的电源状态，如可以向其中写入控制命令让机器关机、重启等。

 "sys/class/","sys/bus/","sys/devices"是设备开发中最重要的几个目录。他们之间的关系可以用下图表示。

3.attribute

3.1 attribute的功能

在sysfs中，设备的kobject的属性(kobject.ktype.attribute)以文件的形式被导出，sysfs还提供了使用文件I/O直接修改内核属性的机制，为用户提供访问设备的接口。kobject的所有属性，都在它对应的sysfs目录下以文件的形式呈现。这些文件一般是可读、可写的，而kernel中定义了这些属性的模块，会根据用户空间的读写操作，记录和返回这些attribute的值。

所谓的属性（attibute），就是内核空间和用户空间进行信息交互的一种方法。例如某个driver定义了一个变量，却希望用户空间程序可以修改该变量，以控制driver的运行行为，那么就可以将该变量以sysfs attribute的形式开放出来。

3.2 attribute的创建

在linux内核中，attibute文件的创建是由fs/sysfs/file.c中sysfs_create_file接口完成的，该接口的实现大多是文件系统相关的操作，和设备模型没有太多的关系，此处先略过不提。

3.3 attribute的读写

所有的文件系统，都会定义一个struct file_operations变量，用于描述本文件系统的操作接口，sysfs也不例外：

 /* fs/sysfs/file.c, line 472 */
 const struct file_operations sysfs_file_operations = 
{
     .read    = sysfs_read_file,
     .write   = sysfs_write_file,
     .llseek  = generic_file_llseek,
     .open    = sysfs_open_file,
     .release = sysfs_release,
     .poll    = sysfs_poll,
};

 对attribute的读写，是通过sysfs的操作集（sysfs_file_operations）来进行的，实质是通过获取属性（kobject.ktype.attribute）对应的操作集（kobject.ktype.sysfs_ops）来对属性进行操作。具体代码分析如下：

static int sysfs_open_file(struct inode *inode, struct file *file)
{
    struct sysfs_dirent *attr_sd = file->f_path.dentry->d_fsdata;
    struct kobject *kobj = attr_sd->s_parent->s_dir.kobj;
    struct sysfs_buffer *buffer;
    const struct sysfs_ops *ops;

　　//获取kobj的属性的操作集ops。如果该设备从属的kobject没有ktype，或者没有ktype->sysfs_ops指针，是不允许它注册任何attribute的
    if (kobj->ktype && kobj->ktype->sysfs_ops) 
        ops = kobj->ktype->sysfs_ops;
    else {
        WARN(1, KERN_ERR "missing sysfs attribute operations for "
               "kobject: %s
", kobject_name(kobj));
        goto err_out;
    }

    buffer = kzalloc(sizeof(struct sysfs_buffer), GFP_KERNEL);
    if (!buffer)
        goto err_out;

    buffer->ops = ops;
    file->private_data = buffer; //将获取的属性操作集ops写入struct file，随后read、write接口便可取出来使用
　　
　　............................
 }

attribute的操作集操作集（kobject.ktype.sysfs_ops）在内核中定义如下：

struct sysfs_ops 
{
    ssize_t    (*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);
    ssize_t    (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t);
};

4. sysfs的应用示例

以Linux内核中的LED设备驱动框架为例，对sysfs的应用进行总结。详见：Linux字符设备驱动框架（二）：Linux内核的LED设备驱动框架。