内核笔记](八)——Linux 设备管理机制

简介: 内核笔记](八)——Linux 设备管理机制

一、Linux的设计哲学


linux一切皆文件,这句话在我刚刚步入嵌入式Linux的时候,就已经被强调过了,在linux底下,对设备等东西进行操作,其实就是对文件进行操作,所以在Linux底下,文件操作和理解显得尤为重要


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


所以在/sys/目录下都是抽象成文件进行操作

之后,我就在想,为什么Linux会把一切抽象成文件?


1.1 为什么一切皆为文件?


让我想起之前学习的时候看过一句话,内核其实是来管理进程调度的,而当你将一切抽象成文件时,有两个好处


1.对文件操作时,只要读写操作等等其他文件操作即可完成

2.方便进程的调度,当你一切抽象为文件时,其实就是对文件进行运行的一个进程,内核可以更好的管理进程,什么时间片轮转啊,FIFO算法啊等等的


二、面向对象的管理


在编程方面,Linux采用面向对象的管理,将设备,总线,驱动都抽象成类


0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png


总线(bus):负责管理挂载对应总线的设备以及驱动;.

设备(device):挂载在某个总线的物理设备;

驱动(driver):与特定设备相关的软件,负责初始化该设备以及提供-些操作该设备的操作方式;

类(lass):对于具有相同功能的设备,归结到一种类别,进行分类管理;


三、kobject和kset


kobject是组成设备模型的基本结构,它使得所有 的设备在底层都有统- 的接口。从面向对象的角度来看,kobject可认为是最底层的一个基类,后续的bus_ _type、 devices、 device_ _driver 都是它的子类。每一个在内核中注册的kobject对象都对应与sysfs文件系统中的一个目录。


kset不仅仅自己是个kobject,还能挂载多个kobject,这说明kset是kobject的集合容器。


kset包含了一组kobject结构,这些kobject可以有相同或者不同的ktype。kset是一个基础的容器类型,它包含了kobject的集合。kset自身也内嵌了一个kobject结构,不过你可以不用关注这个实现的细节,因为kernel中的kset核心程序已经做好这些事情了。’


强烈推荐看下面这些注释之前,先看看这篇文章[翻译]你不会想知道的kobject,kset,和ktypes


struct kobject {
const char *name;                            //在sysfs下所对应的名字
struct list_ head entry;                    //挂接到kset中的链表单元
struct kobject * parent;                  //所属的父kobject
struct kset * kset;                          //所属的kset
struct kobj_ _type *ktype;                   //所属的类型
struct sysfs_ dirent *sd;                    //sysfs文件系统中的文件节点入口
struct kref kref;                             //引用计数
unsigned int state_ initialized:1;             //已初始化标志位
unsigned int state_ in_ sysfs:1;              //已添加到sysfs标志位
unsigned int state_ add_ uevent_ sent:1;      //add事件已发送标志位
unsigned int state_ remove_ uevent_ sent:1;   //remove事件已发送标志位


极少会需要kernel代码区创建一个单独的kboject结构,除了后面所述的一个显著例外。相反,kobject被用来控制访问一个更大的,具有特定作用域的对象,为了达到这个作用,kobject将会被嵌入到其他结构体中。如果你用面向对象的角度来看,kobject结构可以被看做顶层的抽象类,其他类都是从这个类派生出来的。


kset与kobject 结构肯定是嵌入到更高级的数据结构之中使用,如

0eacb84100b54626af849e6b562bf92a.png

对应一个目录就是对应一个kset


四、设备驱动模型:总线(bus)


总线对设备和驱动进行匹配probe,首先是对某个驱动或设备链表进行遍历(mach),然后一一匹配。Linux使用总线的概念来管理设备与驱动。在某种具体的总线上,挂着同种类的设备与驱动。从内核视角来看,想找某种设备,就从具体的某个总线上寻找,然后遍历这条总线。 添加一个设备,主要的工作是初始化设备结构体,并把它添加到对应的总线上去。在总线上将去匹配挂在该总线

0a2653c851af460fa595bd959398a8f1.png

bus是通过subsys_private进行管理device和driver


0eacb84100b54626af849e6b562bf92a.png


可以看到subsys_ private数据结构下有两个链表-个用于挂载device另一个用于挂载device_ driver,从而实现bus对device和device_ _driver管理。


相关文章
|
7天前
|
存储 编译器 Linux
动态链接的魔法:Linux下动态链接库机制探讨
本文将深入探讨Linux系统中的动态链接库机制,这其中包括但不限于全局符号介入、延迟绑定以及地址无关代码等内容。
|
14天前
|
算法 Linux
深入探索Linux内核的内存管理机制
本文旨在为读者提供对Linux操作系统内核中内存管理机制的深入理解。通过探讨Linux内核如何高效地分配、回收和优化内存资源,我们揭示了这一复杂系统背后的原理及其对系统性能的影响。不同于常规的摘要,本文将直接进入主题,不包含背景信息或研究目的等标准部分,而是专注于技术细节和实际操作。
|
14天前
|
存储 缓存 网络协议
Linux操作系统的内核优化与性能调优####
本文深入探讨了Linux操作系统内核的优化策略与性能调优方法,旨在为系统管理员和高级用户提供一套实用的指南。通过分析内核参数调整、文件系统选择、内存管理及网络配置等关键方面,本文揭示了如何有效提升Linux系统的稳定性和运行效率。不同于常规摘要仅概述内容的做法,本摘要直接指出文章的核心价值——提供具体可行的优化措施,助力读者实现系统性能的飞跃。 ####
|
15天前
|
监控 算法 Linux
Linux内核锁机制深度剖析与实践优化####
本文作为一篇技术性文章,深入探讨了Linux操作系统内核中锁机制的工作原理、类型及其在并发控制中的应用,旨在为开发者提供关于如何有效利用这些工具来提升系统性能和稳定性的见解。不同于常规摘要的概述性质,本文将直接通过具体案例分析,展示在不同场景下选择合适的锁策略对于解决竞争条件、死锁问题的重要性,以及如何根据实际需求调整锁的粒度以达到最佳效果,为读者呈现一份实用性强的实践指南。 ####
|
15天前
|
缓存 监控 网络协议
Linux操作系统的内核优化与实践####
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化策略与实际应用案例,深入分析内核参数调优、编译选项配置及实时性能监控的方法。通过具体实例讲解如何根据不同应用场景调整内核设置,以提升系统性能和稳定性,为系统管理员和技术爱好者提供实用的优化指南。 ####
|
17天前
|
负载均衡 算法 Linux
深入探索Linux内核调度机制:公平与效率的平衡####
本文旨在剖析Linux操作系统内核中的进程调度机制,特别是其如何通过CFS(完全公平调度器)算法实现多任务环境下资源分配的公平性与系统响应速度之间的微妙平衡。不同于传统摘要的概览性质,本文摘要将直接聚焦于CFS的核心原理、设计目标及面临的挑战,为读者揭开Linux高效调度的秘密。 ####
32 3
|
20天前
|
负载均衡 算法 Linux
深入探索Linux内核调度器:公平与效率的平衡####
本文通过剖析Linux内核调度器的工作机制,揭示了其在多任务处理环境中如何实现时间片轮转、优先级调整及完全公平调度算法(CFS),以达到既公平又高效地分配CPU资源的目标。通过对比FIFO和RR等传统调度策略,本文展示了Linux调度器如何在复杂的计算场景下优化性能,为系统设计师和开发者提供了宝贵的设计思路。 ####
32 6
|
19天前
|
消息中间件 安全 Linux
深入探索Linux操作系统的内核机制
本文旨在为读者提供一个关于Linux操作系统内核机制的全面解析。通过探讨Linux内核的设计哲学、核心组件、以及其如何高效地管理硬件资源和系统操作,本文揭示了Linux之所以成为众多开发者和组织首选操作系统的原因。不同于常规摘要,此处我们不涉及具体代码或技术细节,而是从宏观的角度审视Linux内核的架构和功能,为对Linux感兴趣的读者提供一个高层次的理解框架。
|
21天前
|
缓存 网络协议 Linux
深入探索Linux操作系统的内核优化策略####
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化方法,通过分析当前主流的几种内核优化技术,结合具体案例,阐述如何有效提升系统性能与稳定性。文章首先概述了Linux内核的基本结构,随后详细解析了内核优化的必要性及常用手段,包括编译优化、内核参数调整、内存管理优化等,最后通过实例展示了这些优化技巧在实际场景中的应用效果,为读者提供了一套实用的Linux内核优化指南。 ####
44 1
|
21天前
|
算法 前端开发 Linux
深入理解Linux内核调度器:CFS与实时性的平衡####
本文旨在探讨Linux操作系统的核心组件之一——完全公平调度器(CFS)的工作原理,分析其在多任务处理环境中如何实现进程间的公平调度,并进一步讨论Linux对于实时性需求的支持策略。不同于传统摘要仅概述内容要点,本部分将简要预览CFS的设计哲学、核心算法以及它是如何通过红黑树数据结构来维护进程执行顺序,同时触及Linux内核为满足不同应用场景下的实时性要求而做出的权衡与优化。 ####