Linux之Kobject

Kobject：内核对象模型的核心

在 Linux 内核中，kobject 是一个核心概念，广泛应用于管理内核中的各类对象。它为设备、驱动、文件系统等对象提供了同一的管理机制，而且通过 sysfs 将内核与用户空间连接起来，简化了内核与用户空间的交互。本文将深入探讨 kobject 的作用、为什么需要它、以及它怎样在内核中发挥作用。

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一、kobject 的作用

kobject 提供了内核中各种对象的同一管理，涵盖了以下几个方面：

• 对象生命周期管理
  通过引用计数机制，kobject 可以或许有效管理内核对象的生命周期，确保对象在不再需要时被精确销毁，避免内存泄漏。
  
• 属性管理
  每个 kobject 都可以拥有一组属性，这些属性通过 sysfs 袒露给用户空间。用户可以通过读取或写入 sysfs 中的文件来查询或修改内核对象的状态。
  
• 变乱关照
  kobject 提供了向用户空间发送变乱关照的机制，内核可以通过 kobject_uevent 向用户空间发送硬件变革、状态更新等变乱。
  
• 层级关系
  kobject 支持父子关系，使得内核对象可以或许形成层级结构。例如，设备与驱动之间可以通过 kobject 建立父子关系，形成清晰的层次结构。
  

二、为什么需要 kobject？

在 Linux 内核中，涉及到大量的对象管理任务，如设备、驱动、文件系统、网络接口等。全部这些对象的生命周期、属性管理、变乱关照等需要有一个同一的机制。kobject 正是为相识决这一题目而计划的。

• 同一管理
  Linux 内核中的对象种类繁多，使用 kobject 可以为它们提供同一的管理接口。无论是设备对象、文件系统对象，还是驱动对象，全部的内核对象都可以通过 kobject 来管理。
  
• 动态性和灵活性
  kobject 支持动态创建、修改和销毁内核对象，这使得内核可以或许灵活地相应硬件变革和其他变乱。
  
• 用户空间交互
  通过 sysfs，kobject 可以将内核对象的属性袒露给用户空间，用户可以轻松读取和修改这些属性。这使得内核可以或许与用户空间进行有效的交互，提供更好的可设置性和可视化管理。
  
• 变乱驱动机制
  kobject 支持变乱关照，可以在设备状态变革时关照用户空间。通过这一机制，用户空间无需轮询内核对象的状态变革，而是能实时相应。
  

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三、kobject 的结构与工作原理

在内核中，kobject 是一个结构体，主要用于表示内核中的对象。它的基本结构如下：

1. c
2. 复制代码
3. struct kobject {
4.     struct kobject *parent;           // 父对象
5.     struct list_head entry;           // 链表结构，用于组织在父对象中的子对象
6.     const char *name;                 // 对象名称
7.     struct sysfs_ops *sd;             // 与 sysfs 交互的结构体
8.     struct kset *kset;                // kobject 所在的 kset（集合）
9.     struct kobject_uevent_ops *uevent_ops; // 用于事件通知的操作
10.     atomic_t refcount;                // 引用计数，用于对象的生命周期管理
11. };

复制代码

• parent：指向父 kobject，用于形成层次结构。
  
• entry：链表项，用于将 kobject 参加到父对象的子对象链表中。
  
• name：对象名称，用于标识对象。
  
• sd：sysfs 相干的操作结构体，kobject 通过 sysfs 袒露属性。
  
• kset：kobject 所在的集合，用于对 kobject 进行分组管理。
  
• uevent_ops：变乱关照操作，用于向用户空间发送变乱。
  
• refcount：引用计数，跟踪对象的引用情况。
  

kobject 的生命周期管理

kobject 的生命周期由引用计数控制，当引用计数为 0 时，对象会被销毁。下面是典型的生命周期管理流程：

• 对象创建时，kobject 引用计数为 1。
  
• 每当一个对象被引用时（如参加到父对象中），引用计数增长。
  
• 每当一个引用被开释时（如对象被从父对象中移除），引用计数减少。
  
• 当引用计数为 0 时，对象会被销毁。
  

1. c
2. 复制代码
3. void kobject_get(struct kobject *kobj) {
4.     atomic_inc(&kobj->refcount);
5. }
7. void kobject_put(struct kobject *kobj) {
8.     if (atomic_dec_and_test(&kobj->refcount)) {
9.         kobject_cleanup(kobj);
10.     }
11. }

复制代码

kobject 与 sysfs 的关系

sysfs 是内核中用于袒露内核对象属性的虚拟文件系统。每个 kobject 都可以通过 sysfs 将其属性袒露给用户空间，使得用户可以或许通过文件操作来查询或修改这些属性。

1. c
2. 复制代码
3. struct kobject *kobj = kobject_create_and_add("my_device", kernel_kobj);
4. sysfs_create_file(kobj, &my_device_attribute);

复制代码

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四、kobject 在内核中的位置

在 Linux 内核中，kobject 是一个重要的底子设施，险些全部的内核对象都会使用它。下图展示了 kobject 在内核中的位置以及它与其他组件的关系：

1. lua
2. 复制代码
3.              +--------------------+
4.              |      sysfs          |
5.              +--------------------+
6.                      ^
7.                      |
8.              +--------------------+      +-------------------+
9.              |    kobject          |<---->|  kobject_uevent   |
10.              +--------------------+      +-------------------+
11.                      ^
12.                      |
13.              +--------------------+
14.              |  Parent kobject     |
15.              +--------------------+
16.                      ^
17.                      |
18.           +-----------------------+
19.           |    Device kobject      |
20.           +-----------------------+

复制代码

在上述示意图中，kobject 是内核中各种对象的基类，它通过 sysfs 将属性袒露给用户空间，同时还支持变乱关照机制。当设备状态发生变革时，kobject_uevent 可以向用户空间发送变乱关照。

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五、总结

kobject 是 Linux 内核中非常核心的概念，它提供了同一的内核对象管理机制。通过 kobject，内核可以或许高效地管理设备、驱动等各种内核对象，支持动态创建、销毁和属性管理，并通过 sysfs 与用户空间进行交互。kobject 的引用计数机制包管了对象生命周期的精确管理，而变乱关照机制使得内核与用户空间的交互更加灵活。
随着 Linux 内核不停发展，kobject 的作用愈加重要，它不仅是内核中很多子系统的底子，也是系统可靠性、可扩展性和灵活性的保障。

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