Linux sysfs接口机制

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发布时间: 2025-03-23 11:01

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# Linux sysfs接口机制

## 概述

sysfs是Linux内核中的一个虚拟文件系统,它以分层的目录结构向用户空间导出内核对象(kobject)的信息。sysfs提供了一个统一的接口,使得用户空间程序可以查看和修改内核中的设备、驱动和其他系统组件的属性。

## 基本概念

### 1. kobject

kobject是sysfs的基础构建块,它具有以下特点:

- 引用计数管理
- 父子关系维护
- 属性导出支持
- 事件通知机制

```c
struct kobject {
    const char      *name;
    struct list_head    entry;
    struct kobject      *parent;
    struct kset     *kset;
    struct kobj_type    *ktype;
    struct kernfs_node  *sd;
    struct kref     kref;
    ...
};
```

### 2. kset

kset是kobject的集合,用于组织相关的kobject:

- 提供默认属性
- 维护对象列表
- 支持批量操作

### 3. 属性(Attribute)

属性定义了kobject可以导出的信息:

```c
struct attribute {
    const char      *name;
    umode_t         mode;
};

struct kobj_attribute {
    struct attribute    attr;
    ssize_t (*show)(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf);
    ssize_t (*store)(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr,
              const char *buf, size_t count);
};
```

## sysfs目录结构

### 1. 主要目录

- /sys/devices/: 系统中所有设备的分层视图
- /sys/bus/: 系统中的总线类型
- /sys/class/: 设备的功能分类
- /sys/module/: 已加载的内核模块
- /sys/firmware/: 固件相关信息
- /sys/kernel/: 内核配置信息

### 2. 目录组织原则

1. 设备拓扑结构反映
2. 驱动绑定关系展示
3. 设备类别归类

## 编程接口

### 1. kobject注册

```c
int kobject_init_and_add(struct kobject *kobj,
                        struct kobj_type *ktype,
                        struct kobject *parent,
                        const char *fmt, ...);

void kobject_put(struct kobject *kobj);
```

### 2. 属性创建

```c
#define DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store) \
    struct device_attribute dev_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store)

static DEVICE_ATTR(power_state, 0644, show_power, store_power);

static ssize_t show_power(struct device *dev,
                         struct device_attribute *attr, char *buf)
{
    return sprintf(buf, "%d\n", device_power_state);
}

static ssize_t store_power(struct device *dev,
                          struct device_attribute *attr,
                          const char *buf, size_t count)
{
    unsigned long val;
    if (kstrtoul(buf, 0, &val) < 0)
        return -EINVAL;
    device_power_state = val;
    return count;
}
```

### 3. 属性组

```c
static struct attribute *dev_attrs[] = {
    &dev_attr_power_state.attr,
    &dev_attr_firmware_version.attr,
    NULL,
};

static struct attribute_group dev_attr_group = {
    .attrs = dev_attrs,
};

int sysfs_create_group(struct kobject *kobj,
                      const struct attribute_group *grp);
```

## 最佳实践

### 1. 属性命名

- 使用小写字母
- 用下划线分隔单词
- 名称要有描述性
- 避免特殊字符

### 2. 权限设置

- 只读属性: 0444
- 读写属性: 0644
- 管理员写: 0664

### 3. 数据展示

- 每个属性一行
- 使用ASCII格式
- 提供人类可读的值
- 保持格式一致性

### 4. 错误处理

```c
static ssize_t store_value(struct device *dev,
                          struct device_attribute *attr,
                          const char *buf, size_t count)
{
    unsigned long val;
    int ret;

ret = kstrtoul(buf, 0, &val);
    if (ret < 0)
        return ret;    // 返回具体错误码

if (val > MAX_VALUE)
        return -EINVAL;

device_value = val;
    return count;
}
```

## 调试技巧

### 1. 查看属性

```bash
# 列出设备的所有属性
ls -l /sys/devices/platform/mydevice/

# 读取特定属性
cat /sys/devices/platform/mydevice/power_state

# 修改属性值
echo 1 > /sys/devices/platform/mydevice/power_state
```

### 2. 监控变化

```bash
# 使用inotify监控属性变化
inotifywait -m /sys/devices/platform/mydevice/power_state
```

### 3. udev规则

```bash
# /etc/udev/rules.d/99-mydevice.rules
SUBSYSTEM=="mydevice", ACTION=="change", \
    RUN+="/usr/local/bin/device_handler.sh"
```

## 常见问题

### 1. 属性访问失败

- 检查文件权限
- 验证属性回调函数
- 确认kobject存在
- 检查内存分配

### 2. 竞态条件

- 使用互斥锁保护
- 正确处理并发访问
- 避免死锁情况

### 3. 内存泄漏

- 正确引用计数
- 清理属性资源
- 删除kobject时解除注册

## 总结

sysfs提供了一个强大而灵活的接口,用于在用户空间和内核空间之间交换信息。通过合理使用kobject、属性和目录结构,可以构建清晰、易用的设备管理接口。遵循最佳实践和正确的错误处理可以提高驱动程序的可靠性和可维护性。

## 参考资源

1. Linux内核文档: Documentation/filesystems/sysfs.txt
2. Linux设备驱动程序(第三版)
3. [Kernel.org: Driver Core sysfs interface](https://www.kernel.org/doc/Documentation/driver-model/driver.txt)

元素码农