linux的设备模型浅析

整个Linux的设备模型是一个OO的体系结构

一般来说应该这么理解，整个Linux的设备模型是一个OO的体系结构，总线、设备和驱动都是其中的对象，kobject是它们的基类，所实现的只是一些公共的接口，kset是同种类型kobject对象的集合，也可以说是对象的容器。

只是因为C语言里不可能会有C++语言里类的class继承、组合等的概念，只有通过kobject嵌入到对象结构中来实现。这样，内核使用 kobject将各个对象连接起来组成了一个分层的结构体系。kobject结构中包含了parent成员，指向了另一个kobject结构，也就是这个 分层结构的上一层结点。

而kset是通过链表来实现的，这样就可以明白，struct bus_type结构中的成员drivers和devices表示了一条总线拥有两条链表，一条是设备链表，一条是驱动链表。我们知道了总线对应的数据结 构，就可以找到这条总线关联了多少设备，又有哪些驱动来支持这类设备。

那么klist呢？其实它就包含了一个链表和一个自旋锁，我们暂且把它看成链表也无妨。本来在2.6.11内核中，struct device_driver结构的devices成员就是一个链表类型。

总线、设备和驱动之间的关系

那么总线、设备和驱动之间是如何和谐共处的呢？先说一说总线中的那两条链表是怎么形成的。内核要求每次出现一个设备就要向总线汇报，或者说注册，每次出现一个驱动，也要向总线汇报，或者说注册。比如系统初始化时，会扫描连接了哪些设备，并为每一个设备建立起一个struct device的变量，每一次有一个驱动程序，就要准备一个struct device_driver结构的变量。把这些变量统统加入相应的链表，device插入devices 链表，driver插入drivers链表。

这样通过总线就能找到每一个设备，每一个驱动。然而，假如计算机里只有设备却没有对应的驱动，那么设备无法工 作。反过来，倘若只有驱动却没有设备，驱动也起不了任何作用。

Linux里先加载设备还是先加载驱动？

于是总线上的两张表里devices开始多了，drivers开始多了，总线上的两条链表已经有了，剩下的那个呢？链表里的设备和驱动又是如何联系的？先有设 备还是先有驱动？首先有的是设备，每一个要用的设备在计算机启动之前就已经插好了，插放在它应该在的位置上，然后计算机启动，操作系统开始初 始化，总线开始扫描设备，每找到一个设备，就为其申请一个struct device结构，并且挂入总线中的devices链表中来。

然后每一个驱动程序开始初始化，开始注册其struct device_driver结构，然后去总线的devices链表中去寻找（遍历），去寻找每一个还没有绑定驱动的设备，即struct device中的struct device_driver指针仍为空的设备，然后它会去观察这种设备的特征，看是否是它所支持的设备，如果是，那么调用一个叫做 device_bind_driver的函数。

换句话说，把struct device中的struct device_driver driver指向这个驱动，而struct device_driver driver把struct device加入它的那张struct klist klist_devices链表中来。就这样，bus、device和driver，这三者之间或者说他们中的两两之间，就给联系上了。知道其中之一，就 能找到另外两个。一荣俱荣，一损俱损。

遍历驱动所将驱动的设备所在总线上的所有设备,并条用一个指定函数。bus->p->klist_devices就是链接在该总线上的所有设备。在驱动与设备绑定的过程当中，若发现匹配的设备以及能够驱动的设备.通过调用bus的probe方法或者驱动自身的probe方法所确定。则会将能驱动的设备加入到驱动结构的devices字段构成的链表当中。而在设备结构中会将driver字段指向能驱动该设备的驱动结构。需要注意的是一个设备只对应一个驱动,而驱动却能够驱动多个设备。

热插拔的出现改变了设备和驱动的加载先后顺序

但现在情况变了，出现了一种新的名词，叫热插拔。此时设备可以在计算机启动以后再插入或者拔 出计算机了。因此，很难再说是先有设备还是先有驱动了，因为都有可能。设备可以在任何时刻出现，而驱动也可以在任何时刻被加载，所以，现在的情况就是，每当一个struct device诞生，它就会去bus的drivers链表中寻找自己的另一半。反之，每当一个一个struct device_driver诞生，它就去bus的devices链表中寻找它的那些设备。如果找到了合适的，那么和之前那种情况一样，调用 device_bind_driver绑定好。如果找不到，没有关系，就等待吧。

节选自《Linux那些事儿》-电子工业出版社