linux设备：cdev和kobj_map

这只是看代码时的记录，完后会统一整理，希望会这样吧。

Linux kernel v3.6.7

先看kobj_map相关的代码

涉及到的文件

<linux/kobj_map.h>

<drivers/base/map.c>

1. typedef struct kobject *kobj_probe_t(dev_t, int *, void *);
   
2. struct kobj_map;
   
3. int kobj_map(struct kobj_map *, dev_t, unsigned long, struct module *, kobj_probe_t *, int (*)(dev_t, void *), void *);
4. void kobj_unmap(struct kobj_map *, dev_t, unsigned long);
   
5. struct kobject *kobj_lookup(struct kobj_map *, dev_t, int *);
   
6. struct kobj_map *kobj_map_init(kobj_probe_t *, struct mutex *);

先看kobj_map结构体

1. struct kobj_map {
   
2.     struct probe {
   
3.         struct probe *next;      /* 这样形成了链表结构 */
   
4.         dev_t dev;               /* 设备号 */
   
5. unsigned long range;     /* 设备号的范围 */
   
6.         struct module *owner;
   
7.         kobj_probe_t *get;
   
8.         int (*lock) (dev_t, void *);
   
9.         void *data;              /* 指向struct cdev对象 */
   
10.     } *probes[255];
    
11.     struct mutex *lock;
    
12. }

结构体中有一个互斥锁lock，一个probes[255]数组，数组元素为struct probe的指针。

根据下面的函数作用来看，kobj_map结构体是用来管理设备号及其对应的设备的。

kobj_map函数就是将指定的设备号加入到该数组，kobj_lookup则查找该结构体，然后返回对应设备号的kobject对象，利用

利用该kobject对象，我们可以得到包含它的对象如cdev。

struct probe结构体中的get函数指针就是用来获得kobject对象的，可能不同类型的设备获取的方式不同，我现在就看过cdev的exact_match函数。

kobj_map函数

1. int kobj_map(struct kobj_map *domain, dev_t dev, unsigned long range, struct module *module, kobj_probe_t *probe, int (*lock)(dev_t, void *), void *data)
   
2. {
   
3.     unsigned n = MAJOR(dev+range-1) - MAJOR(dev) + 1;
   
4.     unsigned index = MAJOR(dev);
   
5.     unsigned i;
   
6.     struct probe *p;
   
7. 
   
8.     if (n > 255)     /* 若n > 255，则超出了kobj_map中probes数组的大小 */
   
9.         n = 255;
   
10.     p = kmalloc(sizeof(struct probe) * n, GFP_KERNEL);  /* 分配n个struct probe */
    
11.     if(p == NULL)
    
12.         return -ENOMEM;
    
13.     for(i = 0; i < n; i++, p++) {     /* 用函数的参数初始化probe */
    
14.         p->owner = module;
    
15.         p->get = probe;
    
16.         p->lock = lock;
    
17.         p->dev = dev;
    
18.         p->range = range;
    
19.         p->data = data;
    
20.     }
    
21.     mutex_lock(domain->lock);
    
22.     for(i = 0, p-=n; i < n; i++, p++, index++) {
    
23.         struct probe **s = &domain->probes[index % 255];
    
24.         while(*s && (*s)->range < range)
    
25.             s = &(*s)->next;
    
26.         p->next = *s;
    
27.         *s = p;
    
28.     }
    
29.     mutex_unlock(domain->lock);
    
30.     return 0;
    
31. }

dev_t的前12位为主设备号，后20位为次设备号。

n = MAJOR(dev + range - 1) - MAJOR(dev) + 1 表示设备号范围(dev, dev+range)中不同的主设备号的个数。

通常n的值为1。

从代码中的第二个for循环可以看出kobj_map中的probes数组中每个元素为一个struct probe链表的头指针。

每个链表中的probe对象有（MAJOR（probe.dev） % 255）值相同的关系。若主设备号小于255， 则每个链表中的probe都有相同的主设备号。

链表中的元素是按照range值从小到大排列的。

while循环即是找出该将p插入的位置。

kobj_unmap函数

1. void kobj_unmap(struct kobj_map *domain, dev_t dev, unsigned long range)
   
2. {
   
3.     unsigned n = MAJOR(dev + range - 1) - MAJOR(dev) + 1;
   
4.     unsigned index = MAJOR(dev);
   
5.     unsigned i;
   
6.     struct probe *found = NULL;
   
7. 
   
8.     if (n > 255)
   
9.         n = 255;
   
10. 
    
11.     mutex_lock(domain->lock);
    
12.     for (i = 0; i < n; i++, index++) {
    
13.         struct probe **s;
    
14.         for (s = &domain->probes[index % 255]; *s; s = &(*s)->next) {
    
15.             struct probe *p = *s;
    
16.             if (p->dev == dev && p->range == range) {
    
17.                 *s = p->next;
    
18.                 if (!found)
    
19.                     found = p;
    
20.                 break;
    
21.             }
    
22.         }
    
23.     }
    
24.     mutex_unlock(domain->lock);
    
25.     kfree(found);
    
26. }

在16行，找到对应设备号dev和range指定的probe对象后，退出，然后kfree释放空间。

kobj_lookup函数

1. struct kobject *kobj_lookup(struct kobj_map *domain, dev_t dev, int *index)
   
2. {
   
3.     struct kobject *kobj;
   
4.     struct probe *p;
   
5.     unsigned long best = ~0UL;
   
6. 
   
7. retry:
   
8.     mutex_lock(domain->lock);
   
9.     for (p = domain->probes[MAJOR(dev) % 255]; p; p = p->next) {
   
10.         struct kobject *(*probe)(dev_t, int *, void *);
    
11.         struct module *owner;
    
12.         void *data;
    
13. 
    
14.         if (p->dev > dev || p->dev + p->range - 1 < dev)
    
15.             continue;
    
16.         if (p->range - 1 >= best)
    
17.             break;
    
18.         if (!try_module_get(p->owner))
    
19.             continue;
    
20.         owner = p->owner;
    
21.         data = p->data;
    
22.         probe = p->get;
    
23.         best = p->range - 1;
    
24.         *index = dev - p->dev;   /* 这个是用来干嘛的？ */
    
25.         if (p->lock && p->lock(dev, data) < 0) {
    
26.             module_put(owner);
    
27.             continue;
    
28.         }
    
29.         mutex_unlock(domain->lock);
    
30.         kobj = probe(dev, index, data);
    
31.         /* Currently ->owner protects _only_ ->probe() itself. */
    
32.         module_put(owner);
    
33.         if (kobj)
    
34.             return kobj;
    
35.         goto retry;
    
36.     }
    
37.     mutex_unlock(domain->lock);
    
38.     return NULL;
    
39. }

对cdev_add函数，这里的p->probe函数即是exact_match, p->lock为exact_lock函数。

kobj_map_init函数

1. struct kobj_map *kobj_map_init(kobj_probe_t *base_probe, struct mutex *lock)
   
2. {
   
3.     struct kobj_map *p = kmalloc(sizeof(struct kobj_map), GFP_KERNEL);
   
4.     struct probe *base = kzalloc(sizeof(*base), GFP_KERNEL);
   
5.     int i;
   
6. 
   
7.     if ((p == NULL) || (base == NULL)) {
   
8.         kfree(p);
   
9.         kfree(base);
   
10.         return NULL;
    
11.     }
    
12. 
    
13.     base->dev = 1;
    
14.     base->range = ~0;
    
15.     base->get = base_probe;
    
16.     for (i = 0; i < 255; i++)
    
17.         p->probes[i] = base;
    
18.     p->lock = lock;
    
19.     return p;
    
20. }

在初始化一个kobj_map对象时，将probes指针全部指向同一个base。

下面是cdev部分。

文件：

<linux/cdev.h>

<fs/char_dev.c>

cdev.h

1. struct cdev {
   
2.     struct kobject kobj;
   
3.     struct module *owner;
   
4.     const struct file_operations *ops;
   
5.     struct list_head list;
   
6.     dev_t dev;
   
7.     unsigned int count;
   
8. }
   
9. void cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *);
   
10. struct cdev *cdev_alloc(void);
    
11. void cdev_put(struct cdev *p);
    
12. int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned);
    
13. void cdev_del(struct cdev *);

cdev_init函数

此函数首先调用kobject_init初始化cdev中的kobj，然后将cdev中的ops赋值。

cdev_alloc函数

先kzalloc分配一个cdev，然后用kobject_init初始化kobj

cdev_put函数

1. void cdev_put(struct cdev *p)
   
2. {
   
3.     if (p) {
   
4.         struct module *owner = p->owner;
   
5.         kobject_put(&p->kobj);
   
6.         module_put(owner);
   
7.     }
   
8. }

此函数调用kobject_put和module_put，好像它们的作用就是减少引用计数

cdev_add函数

1. int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
   
2. {
   
3.     p->dev = dev;
   
4.     p->count = count;
   
5.     return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);
   
6. }

主要是调用kobj_map将cdev放入cdev_map中。

cdev_del函数

1. static void cdev_unmap(dev_t dev, unsigned count)
   
2. {
   
3.     kobj_unmap(cdev_map, dev, count);
   
4. }
   
5. 
   
6. void cdev_del(struct cdev *p)
   
7. {
   
8.     cdev_unmap(p->dev, p->count);
   
9.     kobject_put(&p->kobj);
   
10. }

这就不用说啥了。

LDD3上说“只要cdev_add返回了，我们的设备就‘活’了，它的操作就会被内核调用"，那么这句奇妙的话到底是个什么意思？

下面是我目前了解的情况

据说在open一个字符设备文件时，最终总会调用chrdev_open。

下面是该函数的源码

注意inode->i_rdev中保存了设备编号，inode->icdev指向了cdev结构。

1. static int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *filp)
   
2. {
   
3.     struct cdev *p;
   
4.     struct cdev *new = NULL;
   
5.     int ret = 0;
   
6. 
   
7.     spin_lock(&cdev_lock);
   
8.     p = inode->i_cdev;
   
9.     if (!p) {
   
10.         struct kobject *kobj;
    
11.         int idx;
    
12.         spin_unlock(&cdev_lock);
    
13.         kobj = kobj_lookup(cdev_map, inode->i_rdev, &idx);  
    
14.         if (!kobj)
    
15.             return -ENXIO;
    
16.         new = container_of(kobj, struct cdev, kobj);   /* 找到字符设备的cdev */
    
17.         spin_lock(&cdev_lock);
    
18.         /* Check i_cdev again in case somebody beat us to it while
    
19.            we dropped the lock. */
    
20.         p = inode->i_cdev;
    
21.         if (!p) {
    
22.             inode->i_cdev = p = new;
    
23.             list_add(&inode->i_devices, &p->list);/* ZXG: 这是啥？ */
    
24.             new = NULL;
    
25.         } else if (!cdev_get(p))
    
26.             ret = -ENXIO;
    
27.     } else if (!cdev_get(p))
    
28.         ret = -ENXIO;
    
29.     spin_unlock(&cdev_lock);
    
30.     cdev_put(new);
    
31.     if (ret)
    
32.         return ret;
    
33. 
    
34.     ret = -ENXIO;
    
35.     filp->f_op = fops_get(p->ops);
    
36.     if (!filp->f_op)
    
37.         goto out_cdev_put;
    
38. 
    
39.     if (filp->f_op->open) {
    
40.         ret = filp->f_op->open(inode, filp); /* 调用cdev->ops中的open函数 */
    
41.         if (ret)
    
42.             goto out_cdev_put;
    
43.     }
    
44. 
    
45.     return 0;
    
46. 
    
47. out_cdev_put:
    
48.     cdev_put(p);
    
49.     return ret;
    
50. }