Linux SysFs文件系统分析1_sysfs 文件系统代码分析-优快云博客

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Linux SysFs文件系统分析1（基于Linux6.6）---sysfs注册及挂载介绍

一、sysfs文件系统注册及挂载

1.1、Sysfs 文件系统概述

Sysfs 是一个虚拟文件系统，存在于 Linux 内核中，主要用于提供与内核内部信息的交互接口。它使用户空间的程序能够访问和操作内核中设备、驱动、内核参数等信息。Sysfs 提供了一个层次化的目录结构，允许用户和程序通过文件操作来访问和修改内核对象的状态。

在 Linux 中，Sysfs 通常挂载在 /sys 目录下。通过读取和写入 /sys 中的文件，用户和应用程序可以获取内核参数，控制内核行为，甚至配置硬件设备。

1.2、Sysfs 文件系统的功能

Sysfs 提供了如下功能：

访问内核对象和设备的属性：通过文件接口提供设备或驱动的状态信息、配置选项等。
动态修改内核参数：支持通过写入文件修改内核行为（如修改设备驱动的某些参数）。
系统信息：包括 CPU、内存、PCI、USB 设备等硬件信息。
驱动与设备的管理：设备驱动和内核模块与设备实例的动态绑定与管理。

1.3、文件系统的定义

Sysfs是一个内存文件系统，该文件系统主要在用户态展示系统硬件相关的设备、驱动、总线等层级关系。该文件系统将系统上的总线、设备、驱动等，按照不同的分类方式进行展示，应用层可对相应的文件属性值进行读写操作。目前sysfs按照device、bus、class、kernel、drivers、power等进行分类（具体分类如下图所示），其中devices中包含系统中所有的设备、drivers中包含所有已注册的驱动、bus中包括所有总线相关的信息、class中系统的设备类型（包括tty、net、rtc、gpio等）。

sysfs的超级块处理接口

fs/sysfs/mount.c

static struct file_system_type sysfs_fs_type = {
	.name			= "sysfs",
	.init_fs_context	= sysfs_init_fs_context,
	.kill_sb		= sysfs_kill_sb,
	.fs_flags		= FS_USERNS_MOUNT,
};

1.4、文件系统的注册及挂载

fs/sysfs/mount.c

int __init sysfs_init(void)
{
	int err;

	sysfs_root = kernfs_create_root(NULL, KERNFS_ROOT_EXTRA_OPEN_PERM_CHECK,
					NULL);
	if (IS_ERR(sysfs_root))
		return PTR_ERR(sysfs_root);

	sysfs_root_kn = kernfs_root_to_node(sysfs_root);

	err = register_filesystem(&sysfs_fs_type);
	if (err) {
		kernfs_destroy_root(sysfs_root);
		return err;
	}

	return 0;
}

在sysfs_init接口中实现文件系统的注册以及挂载，该接口的实现比较简单，如下流程所示，主要就是文件系统的注册以及文件系统的kern_mount（此时并没有真正挂载，但是已完成超级块、根root、根dentry、vfsmount的创建，待文件系统起来时，执行mount -t sysfs none /sys，在系统调用sys_mount时，通过调用do_add_mount实现将sysfs挂载至sys目录下。另外在sys_mount接口中，创建或者查找超级块是通过调用sb = sget(fs_type, sysfs_test_super, sysfs_set_super, flags, info);语句实现的，若对sysfs进行多次mount时，只创建一次超级块，因调用sysfs_test_super时对文件系统的私有变量判断相同，则无需再次创建超级块）。

针对sysfs文件系统的挂载进行一下分析，其处理流程图如下所示：

此处主要介绍sys_mount接口，该接口调用sget创建超级块，并调用sysfs_fill_super对sysfs的超级块进行设置，主要是设置超级块的操作接口指针、根dentry的操作接口等内容（sysfs_fill_super接口的定义如下流程图所示）。

1. sysfs 文件系统的注册

sysfs 文件系统的注册是通过内核代码中相应的初始化函数完成的。通常，sysfs 是由内核在启动时注册的，负责将内核中的各种信息暴露给用户空间。

注册过程概述：

内核启动时，sysfs 会被注册：在内核启动过程中，sysfs 文件系统的注册函数 sysfs_init() 被调用。在这个函数中，内核会调用 register_filesystem() 来注册 sysfs 文件系统类型。具体的代码逻辑是由 sysfs_init() 和相关的初始化模块执行的。
sysfs 注册时使用的文件系统结构体： sysfs 的文件系统结构体是 sysfs_type，它通过 file_system_type 结构体来定义文件系统的类型和操作。

static struct file_system_type sysfs_type = {
    .name = "sysfs",                        // 文件系统的名称
    .fs_flags = FS_REQUIRES_DEV,            // 文件系统需要设备
    .mount = sysfs_mount,                   // 挂载函数
    .kill_sb = sysfs_kill_superblock,       // 卸载文件系统时的清理函数
    .get_sb = sysfs_get_superblock,         // 获取超级块的函数
};

name：文件系统的名称（"sysfs"）。
fs_flags：文件系统的标志，通常是 FS_REQUIRES_DEV，表示该文件系统需要设备。
mount：挂载函数，在 sysfs 文件系统挂载时调用。
kill_sb：卸载文件系统时，清理超级块等资源。
get_sb：获取超级块的函数，通常在 mount 过程中调用。

sysfs_init() 函数：该函数在内核启动时执行，注册 sysfs 文件系统。

static int __init sysfs_init(void)
{
    int error;

    error = register_filesystem(&sysfs_type);  // 注册 sysfs 文件系统
    if (error) {
        pr_err("sysfs: cannot register sysfs filesystem\n");
        return error;
    }

    pr_info("sysfs: registered the sysfs filesystem\n");
    return 0;
}

register_filesystem(&sysfs_type)：将 sysfs_type 注册到内核中，使得 sysfs 文件系统得以启用。

2. sysfs 文件系统的挂载

sysfs 文件系统默认在 Linux 启动时自动挂载。通常，它会被挂载到 /sys 目录，用户可以通过访问 /sys 下的文件来与内核交互，获取硬件信息、内核状态等数据。

挂载过程：

挂载点：默认情况下，sysfs 会被挂载到 /sys 目录。
挂载选项：在启动时，sysfs 文件系统通常没有额外的挂载选项，它通过 mount() 系统调用进行挂载。

通常在启动时，内核会自动将 sysfs 挂载到 /sys 目录，这通常是通过内核启动过程中的 mount 系统调用或 init 脚本来完成的。

通过 mount 系统调用挂载：

在内核启动时，sysfs 文件系统会被挂载到 /sys。这个过程由内核的 mount 函数和相应的文件系统结构完成，通常不需要用户手动操作。

mount -t sysfs sysfs /sys

示例：挂载 sysfs 文件系统

在 init 或系统启动脚本中，通常会有类似以下的命令来挂载 sysfs：

mount -t sysfs sysfs /sys

3. sysfs 文件系统的内容

sysfs 文件系统为用户提供了内核、硬件、驱动程序等信息的接口。通过访问 /sys 目录，用户可以查看和修改各种内核参数和硬件信息。

一些常见的 /sys 目录内容包括：

/sys/class：存放设备的类，如块设备、字符设备等。
/sys/devices：硬件设备的树形结构，表示物理设备与内核之间的关系。
/sys/kernel：内核参数和信息。
/sys/bus：系统总线相关的信息。
/sys/module：内核模块的信息。

4. 卸载 sysfs 文件系统

在大多数情况下，sysfs 文件系统是不可卸载的，除非是卸载整个系统或关闭内核。通常，sysfs 会在内核关闭或系统关机时被卸载。要卸载 sysfs，可以使用 umount 命令：

umount /sys

5. 总结

注册：sysfs 文件系统在内核启动时通过 register_filesystem() 函数注册。它通过 file_system_type 结构体来定义文件系统的类型、挂载、卸载操作等。
挂载：sysfs 文件系统默认挂载到 /sys 目录，用户可以通过访问 /sys 下的文件来与内核交互。
内容：sysfs 文件系统提供了关于内核、硬件设备、内核配置等的信息，可以通过访问 /sys 目录来获取。
卸载：一般情况下，sysfs 文件系统不需要卸载，只有在关闭系统时才会被卸载。