【Linux驱动开发 ---- 4.1_sysfs 详解】

Linux驱动开发 ---- 4.1_sysfs 详解

📌 sysfs 详细讲解：

sysfs 是 Linux 内核提供的一个虚拟文件系统，它将内核中的设备信息暴露给用户空间。通过 sysfs，用户可以通过文件接口与内核交互，比如读取硬件设备的状态、修改设备参数等。

主要功能：

• 暴露内核对象：通过 sysfs，设备、驱动、总线等内核对象的信息被暴露为文件，用户可以通过这些文件读取或写入数据。
• 设备和驱动的接口：很多硬件设备和内核模块在启动时会创建与之相关的 sysfs 文件，供用户空间配置或查询设备状态。

常见路径：

• /sys/class/：包含类目录，如字符设备、块设备等。例如 /sys/class/net/ 存放网络设备的信息。
• /sys/devices/：存放与设备相关的路径，系统中的硬件设备和其属性通过 sysfs 展现出来。例如 /sys/devices/system/cpu/ 存放 CPU 相关的信息。

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📌 如何在内核中创建 sysfs 文件：

在 Linux 内核模块中，我们可以通过 sysfs 来创建设备属性文件。这些文件通常会映射到内核对象（如设备）的属性值。

步骤 1：定义 device_attribute 结构体

首先，你需要定义一个 struct device_attribute 类型的结构体来描述你的设备属性。这个结构体至少包含以下内容：

• attr：设备属性本身，包含属性文件的名字和访问权限。
• show：一个函数指针，用于读取该属性时的逻辑。
• store：一个函数指针，用于修改该属性时的逻辑（可选）。

示例：定义属性文件 myattribute

struct device_attribute dev_attr_myattribute = {
    .attr = { .name = "myattribute", .mode = S_IRUGO },  // 属性文件名称和权限
    .show = myattribute_show,  // 读取文件时调用的函数
};

• attr：这里的 name 表示在 /sys/class/ 路径下文件的名字，mode 定义了文件的访问权限，S_IRUGO 表示该文件可读。
• show：这是读取属性时调用的函数。

步骤 2：实现 show 函数

show 函数用于在读取 sysfs 文件时返回相应的数据。函数原型是：

static ssize_t myattribute_show(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf);

• dev：指向设备对象的指针。
• attr：指向设备属性结构的指针。
• buf：用于存放要返回给用户的数据。

在 show 函数中，我们通过 sprintf 函数将要返回的内容写入 buf。

示例：实现 show 函数

static ssize_t myattribute_show(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf) {
    return sprintf(buf, "42\n");  // 返回字符串 "42"
}

这个函数会将字符串 "42\n" 写入 buf，这个字符串就是当用户空间读取 /sys/class/ 中对应的文件时返回的数据。

步骤 3：注册 sysfs 文件

使用 sysfs_create_file 函数将设备属性注册到 sysfs 中。这个函数将属性文件创建到设备的 kobj（内核对象）下。kobj 是与设备关联的内核对象，用来在内核中组织和管理设备。

sysfs_create_file(&dev->kobj, &dev_attr_myattribute.attr);

• dev->kobj：设备对象的 kobj，指向设备的内核对象。
• dev_attr_myattribute.attr：dev_attr_myattribute 结构体中的 attr，它包含了属性文件的名字、权限和访问方式。

步骤 4：卸载时移除 sysfs 文件

当内核模块卸载时，必须清理已创建的 sysfs 文件。可以通过 sysfs_remove_file 来移除属性文件：

sysfs_remove_file(&dev->kobj, &dev_attr_myattribute.attr);

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📌 完整示例：创建和操作 sysfs 文件

我们将创建一个简单的内核模块，该模块会创建一个 sysfs 文件，返回一个静态的值。

代码实现：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/fs.h>

static ssize_t myattribute_show(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf) {
    return sprintf(buf, "42\n");  // 返回值为 "42"
}

static struct device_attribute dev_attr_myattribute = {
    .attr = { .name = "myattribute", .mode = S_IRUGO },
    .show = myattribute_show,
};

static struct class *my_class;
static struct device *my_device;

static int __init my_module_init(void) {
    int ret;

    // 创建设备类
    my_class = class_create(THIS_MODULE, "myclass");
    if (IS_ERR(my_class)) {
        pr_err("Failed to create class\n");
        return PTR_ERR(my_class);
    }

    // 创建设备
    my_device = device_create(my_class, NULL, 0, NULL, "mydevice");
    if (IS_ERR(my_device)) {
        pr_err("Failed to create device\n");
        class_destroy(my_class);
        return PTR_ERR(my_device);
    }

    // 注册 sysfs 属性
    ret = sysfs_create_file(&my_device->kobj, &dev_attr_myattribute.attr);
    if (ret) {
        pr_err("Failed to create sysfs file\n");
        device_destroy(my_class, 0);
        class_destroy(my_class);
        return ret;
    }

    pr_info("Module initialized\n");
    return 0;
}

static void __exit my_module_exit(void) {
    // 移除 sysfs 文件
    sysfs_remove_file(&my_device->kobj, &dev_attr_myattribute.attr);

    // 销毁设备和类
    device_destroy(my_class, 0);
    class_destroy(my_class);

    pr_info("Module exited\n");
}

module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple sysfs example");

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📌 代码解析：

1. myattribute_show：此函数负责返回字符串 "42\n"，表示当用户从 sysfs 文件中读取时返回的值。
2. dev_attr_myattribute：定义了一个名为 myattribute 的设备属性，并指定了它的权限为可读（S_IRUGO）。
3. sysfs_create_file：将 myattribute 属性文件创建到设备的 sysfs 中，使得用户空间可以访问该属性。
4. module_init 和 module_exit：模块加载时创建设备并注册 sysfs 文件，卸载时删除 sysfs 文件并清理资源。

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📌 如何使用：

1. 编译并加载该内核模块。
   安装开发工具（如果尚未安装）：

   sudo apt-get install build-essential linux-headers-$(uname -r)
   

   1> 创建内核模块代码文件
   将你的内核模块代码保存为一个 .c 文件（例如 my_sysfs_module.c）。你可以使用任何文本编辑器（例如 nano、vim）来编辑该文件。

   nano my_sysfs_module.c
   

   然后将你提供的代码粘贴到 my_sysfs_module.c 文件中并保存。

   2> 创建 Makefile
   为了编译内核模块，你需要创建一个 Makefile，该文件告诉 make 如何编译模块。

   在同一目录下创建一个 Makefile 文件，内容如下：

   obj-m += my_sysfs_module.o
   
   all:
       make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
   
   clean:
       make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
   

   解释：

   • obj-m += my_sysfs_module.o：告诉 make 需要编译的模块源文件。
   • make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules：调用内核的构建系统来编译模块。
   • clean 目标：清理编译文件。

   3> 编译内核模块
   在终端中运行以下命令来编译内核模块：

   make
   

   这将生成一个 my_sysfs_module.ko 的内核模块文件。
   

   4> 加载内核模块
   使用 insmod 命令加载内核模块：

   sudo insmod my_sysfs_module.ko
   

   如果加载成功，你将看到 “Module initialized” 消息，表示模块已成功加载并创建了 sysfs 文件。

   5> 查看创建的 sysfs 文件
   加载模块后，模块会在 /sys/class/myclass/mydevice/myattribute 创建一个 sysfs 文件。你可以使用以下命令查看该文件：

   cat /sys/class/myclass/mydevice/myattribute
   

   该文件的内容应为 "42"，这是在 myattribute_show 函数中返回的值。
   

   6> 卸载内核模块
   当你不再需要该模块时，可以使用 rmmod 卸载它：

   sudo rmmod my_sysfs_module
   

   在卸载时，会调用 my_module_exit 函数，删除 sysfs 文件并销毁设备和类。你会看到 “Module exited” 消息。

   7> 清理编译文件
   为了清理编译产生的文件，可以运行：

   make clean
   

8> **总结**
通过这些步骤，你可以成功地编译、加载和操作一个内核模块，该模块创建了一个 `sysfs` 文件并返回一个静态值。

2. 加载后，你会在 /sys/class/myclass/mydevice/myattribute 路径下看到一个名为 myattribute 的文件。
3. 可以通过以下命令查看其内容：

cat /sys/class/myclass/mydevice/myattribute

输出应为：

42

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📌 总结：

通过 sysfs，我们可以方便地暴露内核中的信息给用户空间。通过以上步骤，你不仅学会了如何创建一个简单的 sysfs 文件，还了解了设备与内核对象之间的关系。

• 使用 sysfs_create_file 创建文件；
• 使用 show 函数返回数据；
• 使用 sysfs_remove_file 移除文件。