一、kobject

kobject是linux核心做的一個抽象，它本身不具備實際的含義。它被嵌入到各種資料結構中，因而只要我們具有kobject就可以獲取並訪問它所嵌入的宿主資料結構。這樣就提供了良好的組織管理能力。宿主資料結構可以千變萬化，但是其嵌入的kobject很簡單，可以基於該結構做很多通用的事情。sysfs就是利用這一點實現的。該檔案系統以很簡單的方式實現了對核心中各種複雜部件（尤其是硬體相關部分）的統一管理。這非常類似於面向物件的思想，kobject相當於一個基類，其它類是它的派生類。。。
根據kobject所採用的思想，在使用該結構時，我們經常需要做的就是獲取其宿主資料結構，這可以通過container_of巨集來完成。

內嵌kobject的一個例子就是裝置的基礎資料結構struct device，它內部就包含了一個kobject資料結構。

對於sysfs來說，其中的每一個目錄必定對應一個kobject物件。每個kobject的屬性會成為sysfs中的一個檔案。

1.1 資料結構

kobject被設計為可以反映出資料結構的層次關係，其定義如下所示：

struct kobject {
	const char		*name;
	struct list_head	entry;
	struct kobject		*parent;
	struct kset		*kset;
	struct kobj_type	*ktype;
	struct sysfs_dirent	*sd;
	struct kref		kref;
	unsigned int state_initialized:1;
	unsigned int state_in_sysfs:1;
	unsigned int state_add_uevent_sent:1;
	unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
	unsigned int uevent_suppress:1;
};
 

• name：該kobject的名字，會作為檔名出現在對應的sysfs中
• entry：連結串列元素，用於將該kobject連結到它所屬的kset的連結串列中。
• parent：指向該物件的父物件
• kset：如果該物件屬於一個kset，則指向所屬的kset
• ktype：包含了型別資訊，包括該物件的操作函式指標以及銷燬該物件時的釋放函式
• sd：該物件對應的sysfs節點資料結構
• kref：引用計數

幾個位元域的含義是正如名字所示，分別表示kobject是否初始化了，是否在sysfs中，是否傳送過KOBJ_ADD訊息，是否傳送過KOBJ_REMOVE訊息，是否禁止傳送uevent。
kobj_type的定義如下：

struct kobj_type {
	void (*release)(struct kobject *kobj);
	const struct sysfs_ops *sysfs_ops;
	struct attribute **default_attrs;
	const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
	const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};
 

• ktype用來表示一類kobject的公共內容，主要包括了對該kobject進行操作相關的函式指標資訊。每個kobject都要有一個對應的kobj_type結構，在kobject_init或者kobject_init_and_add呼叫時給出。   
• release：函式指標，該類kobject的銷燬函式。
• sysfs_ops：包含了如何實現kobject的屬性資訊的函式指標
• default_attrs：預設屬性連結串列，這些屬性會在這類kobject建立時自動被建立（populate_dir中）。

struct sysfs_ops的定義如下所示：

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

show：屬性的讀操作函式。attribute指向被操作的屬性
store：屬性的寫操作函式。attribute指向被操作的屬性

1.2. kobject 初始化

kobject的初始化比較複雜，它至少包含如下幾個操作

• 將整個kobject設定為0
• 呼叫kobject_init來初始化該kobject，這時需要提供一個kobj_type，它包含了操作該kobject的資訊以及銷燬該kobject的函式

kobject的建立者還需要正確的設定kobject的kset域。

1.3 kobject物件操作

1.3.1 將物件新增到sysfs

kobject_add用於將一個kobject新增到sysfs中，它需要呼叫者提供該物件的父物件以及該物件的名字作為引數。同時如果kobject需要和一個特定的kset關聯，在呼叫kobject_add之前要先設定該物件的kset。kobject_add會將kobject新增到kset中。如果一個kobject與一個kset關聯，那它的父節點可以設為NULL，這樣kobject的父節點會在呼叫kobject_add時自動設為kset內部的kobject。

1.3.2 kobject物件改名

如果需要修改kobject的名字，需要呼叫kobject_rename來完成，而不是直接修改。如果要獲取kobject的名字可以使用函式kobject_name來獲取。

1.3.3 通知userspace

在將kobject新增到sysfs後，可以通過kobject_uevent向userspace傳送通告通知，此時action引數為KOBJ_ADD。
如果想通知userspace刪除一個物件，可以通過kobject_uevent向userspace傳送action引數為KOBJ_REMOVE的訊息。
需要注意的是，如果一個kobject以及它的祖先都不屬於某個kset，則核心就不會允許它傳送通告，因而如果要支援uevent，則核心部件必須屬於某個kset。

1.1.4 引用計數的操作

kobject的一個關鍵作用是它可以作為它所嵌入的宿主資料結構的引用計數。因為它包含了一個kref資料結構。kobject的引用計數操作API為kobject_get何kobject_put。
kobject_get呼叫成功時會增加kobject中的kref的計數值，同時會返回指向kobject的指標。
kobject_put的呼叫會遞減kobject中的kref的引用計數值,，同時如果引用計數變為0，則會呼叫該kobject的ktype的release函式釋放該kobject物件。在刪除時，kobject還會檢查該物件是否向userspace傳送過KOBJ_ADD訊息，如果傳送過該訊息並且到此時還沒傳送過KOBJ_REMOVE訊息，則就會發送一個KOBJ_REMOVE訊息到userspace。這樣做是因為如果傳送過KOBJ_ADD訊息，則userspace的工具就會處理該訊息，在這個過程中應該有開啟相應sysfs檔案的動作，這就會導致應用計數增加，如果不傳送相應的KOBJ_REMOVE訊息，則相應的檔案的引用計數就無法減小，從而導致其它的問題。
從這裡也可以看出，kobject的釋放是非同步的，這是正常的，因為無法預期kobject的使用情況，也就無法確定何時釋放它，因而核心採用了一貫的做法，使用一個引用計數，當引用計數為0時就釋放。

1.1.5 建立簡單的kobject

有時開發者只想在sysfs中建立一個簡單的目錄，而且不想考慮與kset、show函式、store函式等一系列細節問題。這時就可以使用kobject_create_and_add來建立一個簡單的kobject。這個函式會建立一個kobject，並把它放在sysfs中parent的子目錄中。為了建立這個kobject的相關屬性，可以使用函式sysfs_create_file和sysfs_create_group。 

1.4 kobject非預設屬性

預設情況下kobject的default_attrs成員描述了kobject擁有的所有屬性。但是kobject還提供了另外的機制用來新增新的屬性。如果想要為一個kobject新增預設屬性外的屬性，可以呼叫以下API： int sysfs_create_file(struct kobject * kobj, const struct attribute * attr)
呼叫完後，系統會使用屬性中的名字為該kobject的該屬性建立一個屬性檔案。不過需要注意的是這裡沒有提供新的kobject_type，也即沒有新的屬性操作函式，因此在新增新的屬性之前必須確保kobject的屬性操作函式知道如何處理新的屬性。 可以使用以下API將屬性刪除： void sysfs_remove_file(struct kobject * kobj, const struct attribute * attr)
呼叫完該函式後，屬性檔案將從sysfs中消失，但是使用者可能還開啟有該屬性檔案，因而還有可能對其進行讀寫。

二、kset

kset是一些kobject的集合，這些kobject通過kset關聯在一起。一個kset中的kobject可以使用不同的ktype。
一個kset有如下功能： 

• 它作為一個容器，包含一組物件。它可以被核心用來跟蹤所有的塊裝置或者所有的PCI裝置驅動。
• 一個kset在sysfs中變現為一個分層的目錄。每個kset都有一個內部kobject，作為其它kobject的父目錄，其餘各個kobject都是它的子目錄。sysfs的頂層目錄結構也是這樣組成的。
• kset可以支援kobject的熱插拔，並且影響uevent事件如何被髮布到使用者空間。

從面向物件的角度來講，kset是頂層類容器。kset也有自己內部的kobject，但這個內部kobject是由kset程式碼管理的，不允許其它使用者直接訪問。
kset用一個標準的連結串列來管理它的子kobject。kset的子kobject的kset域指向了該kset，kset的子kobject的parent會被設定為kset的內部kobject。不同於kobject的是ksets肯定會在sysfs 中出現，一旦建立了一個
kset並且將其新增到了系統中，則就會有一個相應的sysfs生成。kobject可能並不出現在sysfs中，但是kset的每個kobject成員都會出現在sysfs中。

2.1 kset的資料結構

kset的資料結構如下所示：

struct kset {
	struct list_head list;
	spinlock_t list_lock;
	struct kobject kobj;
	const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
};

• list：子kobject連結串列
• list_lock：保護連結串列的自旋鎖
• kobj：kset內嵌的kobject，kset的子kobject的parent會指向它。
• uevent_ops：該kset的uevent操作函式集

2.2 kset的初始化

kset的初始化類似於kobject的初始化，包括（可以參考函式__bus_register或者__class_register）：

• 分配資料結構
• 進行初始化，初始化kset內嵌的kobject
• 呼叫kset_register，它會呼叫kobject_init_internal和kobject_add_internal初始化kset的kobject，並且呼叫kobject_uevent發出KOBJ_ADD事件

但是一般通過函式kset_create_and_add建立一個新的kset，它會同時完成建立和初始化的工作。
當你不再使用一個kset時，可以用kset_unregister()釋放它。

2.3 kset的其它操作

2.3.1 引用計數

類似於kobject，可以通過函式kset_get和kset_put來管理kset的引用計數。

2.3.2 kset名字

kset的名字儲存在其內嵌的kobject中。因此設定其名字就是呼叫kobject的名字設定函式。

三、熱插拔

熱插拔事件時核心傳送到使用者空間的通知，用於表明系統配置出現了變化。在kobject被建立和刪除時都會產生該訊息，熱插拔訊息一般由使用者空間的一個程序處理（最新的都是uevent守護程序）。使用者空間程序會根據收到的資訊來做比如載入驅動、掛載分割槽等等事情。

3.1 資料結構

支援熱插拔的資料結構是：

struct kset_uevent_ops {
	int (* const filter)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);
	const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);
	int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj,
		      struct kobj_uevent_env *env);
};

• filter：該函式用來阻止kset中某個特定的kobject向用戶控制元件傳送uevent。如果函式結果返回0，則不會發送。
• name：該函式是用來覆蓋uevent傳送到使用者控制元件的kset名字。預設情況下，這個名字和kset的名字一樣，但如果提供了name函式，這個名字會被覆蓋。
• uevent：該函式在uevent將被髮送到使用者空間時呼叫，可以在uevent中新增更多的環境變數。

kset中包含了指向該結構的指標

3.2 熱插拔訊息的產生

在kobject產生熱插拔訊息後，該訊息會被kobject_uevent_env函式處理。
該函式會根據分層結構逐層向上查詢第一個kset，找到一個kset後，就會利用該kset中的kset_uevent_ops來進行訊息的過濾、環境變數準備，然後才把準備好的訊息傳送給使用者空間。