Linux Sysfs详解：设备模型与用户空间交互

"Linux那些事儿之我是Sysfs" Sysfs初探 Sysfs是一个虚拟的文件系统，它在Linux内核中被引入，主要用于提供对内核数据结构的访问，特别是设备驱动程序的状态和配置信息。它允许用户空间应用程序通过标准的文件操作（如读、写和属性设置）来查询和修改内核中的数据。Sysfs是Linux设备模型的一部分，旨在简化设备驱动程序的开发，并提供一种安全的方式来与硬件交互。 Linus设备底层模型 在Linux内核中，设备模型是为了管理和控制硬件设备而设计的一套机制。它包括设备节点、设备类、总线以及设备驱动等概念。设备模型提供了组织和注册这些组件的方式，使得内核能够正确地初始化、操作和关闭设备。 设备模型上层容器 设备模型的上层容器是用于封装设备的抽象，比如设备类（device class）和总线（bus）。设备类定义了设备的一组通用属性，而总线则作为连接设备和驱动程序的桥梁。当设备被添加到系统时，它们会根据其类型和连接的总线被分到对应的类。 举例一：ldddb.us `ldddb.us`是Linux设备驱动开发第三版（LDD3）中提供的一个示例，它展示了如何创建一个简单的字符设备驱动并将其集成到sysfs中。这个例子解释了如何创建设备节点、注册设备，并通过sysfs暴露驱动的某些属性，使得用户空间可以读取或修改这些属性。 举例二：scull.d `scull.d`也是LDD3中的一个示例，模拟了一个存储设备。它展示了如何使用sysfs来管理设备的多个“量子”（quanta），每个量子代表一部分存储空间。通过sysfs，用户可以查看和调整设备的量子数量和大小。 文件系统 在Linux中，文件系统是组织和存储数据的基本单元。它负责将磁盘上的数据结构化为文件和目录，供用户和应用程序访问。在sysfs中，文件系统扮演了一个特殊的角色，因为它不涉及实际的物理存储，而是充当了内核数据结构和用户空间之间的接口。 Dentry与inode Dentry和inode是Linux文件系统中的关键数据结构。Dentry是文件系统路径中每个部分的内存表示，它包含了文件名和指向对应inode的指针。Inode则是文件系统的元数据存储，包括文件的权限、大小、创建时间等信息。在sysfs中，每个文件和目录都有对应的dentry和inode。 一起散散步——pathwalk Pathwalk是Linux内核中用于查找文件的机制，它遍历dentry链路以定位指定路径的文件。在sysfs中，pathwalk用于找到由用户空间提供的路径所对应的内核对象。 Sysfs文件系统模型 Sysfs文件系统模型基于VFS（Virtual File System）层，它创建了一系列的文件和目录，映射到内核中的设备和驱动状态。开发者可以通过内核API在sysfs中创建目录和文件，从而提供对内核功能的访问。例如，设备驱动可以创建一个文件，用户通过读写该文件来改变设备的工作模式或配置。 Sysfs创建目录 在sysfs中创建目录是通过`sysfs_create_dir()`函数实现的，这会在sysfs文件系统中生成一个新的目录条目，通常对应于设备类或驱动。 Sysfs创建普通文件 创建sysfs普通文件使用`sysfs_create_file()`函数，它会在指定的父目录下创建一个文件，这个文件可以被用户空间读取或写入，以交互方式控制内核的行为。 Sysfs读入文件夹内容 通过标准的文件操作函数（如`open()`, `read()`, `close()`）可以读取sysfs目录的内容。用户空间应用程序通常会打开目录，然后通过`readdir()`遍历目录中的条目。 Sysfs读入普通文件内容 读取sysfs普通文件内容同样使用标准的文件操作，如`open()`打开文件，然后`read()`读取数据，最后`close()`关闭文件。 后记 文章的作者强调了学习Linux内核的持续性和实践性，并希望通过分享自己的学习经验，鼓励更多的人参与Linux技术的学习和讨论。Sysfs是理解和操作Linux设备驱动的重要工具，通过深入学习sysfs，开发者可以更好地控制和调试硬件设备。