進階部分（Bus、Class、Device、Driver）
深入，并且廣泛
-沉默犀牛
這篇文章隻分析Bus、Class的作用，和表示它們的結構體。不分析接口函數
Bus
Bus是處理器與一個或者多個device之間的通道。在裝置模型中，所有的device都通過bus相連，這意味着，系統中的每一個device都要連接配接在一個Bus上，這個Bus可以是内部Bus，虛拟Bus，或者platform Bus。Bus之間可以互相穿插，比如一個USB控制器通常是一個PCI裝置。以下分析代表Bus的結構體：bus_type
struct bus_type {
const char *name; //該bus的名稱，會在sysfs中以目錄的形式存在，
//如platform bus在sysfs中表現為"/sys/bus/platform”
const char *dev_name; //對有些裝置而言（例如批量化的USB裝置），設計者根本就懶得
//為它起名字的，而核心也支援這種懶惰，允許将裝置的名字留白。
//這樣當裝置注冊到核心後，裝置模型的核心邏輯
//就會用"bus->dev_name+device ID”的形式，
//為這樣的裝置生成一個名稱。
struct device *dev_root; //bus的預設父裝置
struct device_attribute *dev_attrs; //以下是預設的attribute
const struct attribute_group **bus_groups;
const struct attribute_group **dev_groups;
const struct attribute_group **drv_groups;
int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv); //一個由具體的bus driver實作的回調函數。
//當任何屬于該Bus的device或者device_driver
//添加到核心時，核心都會調用該接口，如果
//新加的device或device_driver比對上了自己
//的另一半的話，該接口要傳回非零值，此時
//Bus子產品的核心邏輯就會執行後續的處理。
int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
int (*probe)(struct device *dev); //probe和remove這兩個函數，和device_driver中
//的非常類似，但它們的存在是非常有意義的。可
//以想象一下，如果需要probe（其實就是初始化）
//指定的device話，需要保證該device所在的
//bus是被初始化過、確定能正确工作的。這就要
//就在執行device_driver的probe前，先執行
//它的bus的probe。remove的過程相反。
//注1：并不是所有的bus都需要probe和remove接口的，因為對有些bus來說
//（例如platform bus），它本身就是一個虛拟的總線，無所謂初始化，直接
//就能使用，是以這些bus的driver就可以将這兩個回調函數留白。
int (*remove)(struct device *dev);
void (*shutdown)(struct device *dev); //shutdown、suspend、resume是電源管理相關的
int (*online)(struct device *dev);
int (*offline)(struct device *dev);
int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
int (*resume)(struct device *dev);
const struct dev_pm_ops *pm;
const struct iommu_ops *iommu_ops;
struct subsys_private *p; //比較重要的私有類型結構指針，再做分析
struct lock_class_key lock_key;
};
通過以上的注釋，我們可以了解Bus的作用，比較重要的就是match函數。之前說過，所有的Device都要連接配接到Bus上，那這些Device要怎麼用，是其對應的Driver來實作的。Driver可以看成每一個Device的用法，Bus上會有很多個Device，也相應的會有很多個Driver（雖然二者可能數目不相等，因為存在熱拔插），那為了讓每一個Device找到自己對應的Driver，match函數就在這裡起作用，幫助Device找到對應的Driver。
我們在sysfs中可以看到sys/bus目錄下有i2c、usb、platform等，而且每一個bus下又有devices、drivers目錄。上一篇文章講到了，如果要在sysfs中有目錄，那麼就必須有Kobject結構體才行，可是我們現在沒有在bus_type中看到kobject結構體啊？答案就在p指向的subsys_private結構體中：
struct subsys_private {
struct kset subsys; //本bus（kset是同類kobject的集合，用來作為表示bus非常合适
// kset中有kobject，是以在sysfs中有目錄）
struct kset *devices_kset; //本bus下所有的device
struct list_head interfaces; //用于儲存該bus下所有的interface，下做介紹
struct mutex mutex;
struct kset *drivers_kset; //本bus下所有的driver
struct klist klist_devices; //這是兩個連結清單，用于儲存本bus下所有的device和device_driver的指針
struct klist klist_drivers;
struct blocking_notifier_head bus_notifier;
unsigned int drivers_autoprobe:1; //用于控制該bus下的drivers或者device是否自動probe
struct bus_type *bus; //用于儲存上層的bus
struct kset glue_dirs;
struct class *class; //用于儲存上層的Class
};
以上就能完全看出Bus的用途了。此外在對interface做個介紹：
struct subsys_interface {
const char *name; //interface的名稱
struct bus_type *subsys; //interface所屬的bus
struct list_head node; //用于将interface挂到bus中
int (*add_dev)(struct device *dev, struct subsys_interface *sif);
int (*remove_dev)(struct device *dev, struct subsys_interface *sif);
//兩個回調函數，subsys interface的核心功能。當bus下有裝置增加或者删
除的時候，bus core會調用它下面所有subsys interface
的add_dev或者remove_dev回調。設計者可以在這兩個回調函數
中實作所需功能，例如綁定該“specific functionality”所
對應的driver，等等。
};
Class
在裝置模型中，Bus、Device、Device driver等等，都比較好了解，因為它們對應了實實在在的東西，所有的邏輯都是圍繞着這些實體展開的。但是Class就有些不同了，因為它是虛拟出來的，隻是為了抽象裝置的共性。
舉個例子，一些年齡相仿、需要擷取的知識相似的人，聚在一起學習，就構成了一個班級（Class）。這個班級可以有自己的名稱（如295），但如果離開構成它的學生（device），它就沒有任何存在意義。另外，班級存在的最大意義是什麼呢？是由老師講授的每一個課程！因為老師隻需要講一遍，一個班的學生都可以聽到。不然的話（例如每個學生都在家學習），就要為每人請一個老師，講授一遍。而講的内容，大多是一樣的，這就是極大的浪費。
裝置模型中的Class所提供的功能也一樣了，例如一些相似的device（學生），需要向使用者空間提供相似的接口（課程），如果每個裝置的驅動都實作一遍的話，就會導緻核心有大量的備援代碼，這就是極大的浪費。是以，Class說了，我幫你們實作吧，你們會用就行了。
接下來看一下代表Class的結構體class：
struct class {
const char *name; //class的名稱，會在“/sys/class/”目錄下展現
struct module *owner;
struct class_attribute *class_attrs; //該class的預設attribute，會在class注冊到
//核心時，自動在“/sys/class/xxx_class”下建立
//對應的attribute檔案
const struct attribute_group **dev_groups; //該class下每個裝置的attribute，會在裝置注冊
//到核心時，自動在該裝置的sysfs目錄下建立對應
//的attribute檔案
struct kobject *dev_kobj; //表示該class下的裝置在/sys/dev/下的目錄
//現在一般有char和block兩個，如果dev_kobj
//為NULL，則預設選擇char
int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
//當該class下有裝置發生變化時，會調用class
//的uevent回調函數。
char *(*devnode)(struct device *dev, umode_t *mode);
void (*class_release)(struct class *class); //用于release自身的回調函數。
void (*dev_release)(struct device *dev); //用于release class内裝置的回調函數。
//在device_release接口中，會依次檢查Device、
//Device Type以及Device所在的class，
//是否注冊release接口，如果有則調用相應
//的release接口release裝置指針。
int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
int (*resume)(struct device *dev);
const struct kobj_ns_type_operations *ns_type;
const void *(*namespace)(struct device *dev);
const struct dev_pm_ops *pm;
struct subsys_private *p; //與之前bus中的一樣
};
我們了解struct device和struct device_driver這兩個資料結構，其中struct device結構會包含一個struct class指針（這從側面說明了class是device的集合，甚至，class可以是device的driver）
從蝸窩科技中原文作者有一個對于bus和class的看法，我覺得很好：
對于bus和class，我的了解是：
同一個bus下的裝置，是一種“空間上（或實體上）”聚集，之是以加引号，可能是虛拟的；
同一個class下的裝置，是一種“文化上”的聚集，例如我們有共同的特征、共同的興趣愛好等等。
那麼，一個裝置是否可能既從屬于某一個bus，又從屬于某一個class？是可以的。通常的做法是：
該裝置的device指針（由裝置模型管理），和bus打交道，如某一個platform裝置下的device指針；
如果需要加入某一個class，則新添一個子裝置，讓這個裝置加入到class。
Device
device結構體代表了每一個裝置，看過結構體後就知道它是什麼了：
struct device {
struct device *parent; //該裝置的父裝置，一般是該裝置所從屬的bus、controller等裝置。
struct device_private *p; //一個用于struct device的私有資料結構指針
//該指針中會儲存子裝置連結清單、用于添加到bus/driver/prent等裝置
//中的連結清單頭等等
struct kobject kobj; //該資料結構對應的struct kobject。
const char *init_name; //該裝置的名稱
//在裝置模型中，名稱是一個非常重要的變量，任何注冊到核心中的裝置
//都必須有一個合法的名稱，可以在初始化時給出，也可以由核心根
//據“bus name + device ID”的方式創造
const struct device_type *type; //device_type與device的關系，非常像ktype與kobject的關系
struct mutex mutex;
struct bus_type *bus; //該device屬于哪個總線
struct device_driver *driver; //該device對應的device driver
void *platform_data; //一個指針，用于儲存具體的平台相關的資料
void *driver_data;
struct dev_pm_info power; //電源管理相關的邏輯
struct dev_pm_domain *pm_domain; //電源管理相關的邏輯
#ifdef CONFIG_GENERIC_MSI_IRQ_DOMAIN
struct irq_domain *msi_domain;
#endif
#ifdef CONFIG_PINCTRL
struct dev_pin_info *pins; //"PINCTRL”功能
#endif
#ifdef CONFIG_NUMA
int numa_node; //"NUMA”功能
#endif
u64 *dma_mask;
u64 coherent_dma_mask;
unsigned long dma_pfn_offset;
struct device_dma_parameters *dma_parms;
struct list_head dma_pools;
struct dma_coherent_mem *dma_mem;
#ifdef CONFIG_DMA_CMA
struct cma *cma_area;
#endif
struct removed_region *removed_mem;
struct dev_archdata archdata;
struct device_node *of_node;
struct acpi_dev_node acpi_node;
dev_t devt; //dev_t是一個32位的整數，它由兩個部分（Major和Minor）組成
//在需要以裝置節點的形式（字元裝置和塊裝置）向使用者空間提供
//接口的裝置中，當作裝置号使用
u32 id;
spinlock_t devres_lock;
struct list_head devres_head;
struct klist_node knode_class;
struct class *class; //該裝置屬于哪個class
const struct attribute_group **groups; //該裝置的預設attribute集合。
//将會在裝置注冊時自動在sysfs中建立對應的檔案。
void (*release)(struct device *dev);
struct iommu_group *iommu_group;
bool offline_disabled:1;
bool offline:1;
};
Device_driver
struct device_driver {
const char *name; //該driver的名稱。和device結構一樣，該名稱非常重要3
struct bus_type *bus; //該driver所驅動裝置的總線裝置
struct module *owner; //內核module相關的變量
const char *mod_name; //內核module相關的變量
bool suppress_bind_attrs; //是不在sysfs中啟用bind和unbind attribute
//在kernel中，bind/unbind是從使用者空間手動的為driver
//綁定/解綁定指定的裝置的機制。
enum probe_type probe_type;
const struct of_device_id *of_match_table;
const struct acpi_device_id *acpi_match_table;
int (*probe) (struct device *dev);
int (*remove) (struct device *dev);
//probe、remove，這兩個接口函數用于實作driver邏輯的開始和結束。
//Driver是一段軟體code，是以會有開始和結束兩個代碼邏輯，就像
//PC程式，會有一個main函數，main函數的開始就是開始，return的地方
//就是結束。而核心driver卻有其特殊性：在裝置模型的結構下，隻有
//driver和device同時存在時，才需要開始執行driver的代碼邏輯。這
//也是probe和remove兩個接口名稱的由來：檢測到了裝置和移除了裝置
//（就是為熱拔插起的！）
void (*shutdown) (struct device *dev);
int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
int (*resume) (struct device *dev);
const struct attribute_group **groups; //預設屬性
const struct dev_pm_ops *pm;
struct driver_private *p;
};
這兩篇裝置結構模型_低級/進階部分，解釋了為什麼bus、class、device會出現在sysfs中（因為内嵌了kobject），也解釋清楚了它們之間的關系。這樣就從邏輯上把握住了裝置模型的整體架構，至于涉及到的API，可以想像，也無非是對這些結構體中的成員的操作。
本文參考了蝸窩科技-裝置驅動模型-（一）～（八）
![AS3 Signals之入門篇[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)