linux内核伪文件系统—sysfs分析

linux内核伪文件系统—sysfs分析

一、sysfs简介

sysfs是一个伪文件系统。不代表真实的物理设备，在linux内核中，sysfs文件系统将长期存在于内存中。sysfs用于对具体的内核对象（例如物理设备）进行建模，并提供一种将设备和设备驱动程序关联起来的方法。使用

ls -l /sys

命令可以查看sysfs文件系统中导出了哪些内核对象。如下图片所示：

从上图可见，sysfs文件系统中导出了block、bus、class、dev、devices、firmware、fs、kernel、module、power内核对象（不同的内核配置，可能导出的内核对象有所差异）。

从内核源码来看。这里以bus内核对象为例，内核源码将在buses_init()函数中调用kset_create_and_add()内核函数创建bus对象集合并将其添加到sysfs文件系统中。

开发人员可以使用sysfs来确定有关正在运行的内核的有用信息，比如：内核在每个总线(bus)上发现了哪些设备，以及每个设备绑定了哪些驱动程序，都可以从sysfs文件系统获知。除此之外，sysfs还可以用于调试、优化设备以及其他的内核子系统。

当前块（block）子系统会使用sysfs来挂载根分区。如果禁用了sysfs，就必须在内核引导命令行上通过它的主号（major）和副号（minor）指定引导设备。例如，对于/dev/hda1设备来说，命令可以是root=03:01。

对于嵌入式系统的设计人员，根据实际运用场景，可以禁用sysfs文件系统，以节省系统资源。

二、sysfs文件系统源码分析

从Makefile文件可知，编译过程中，将编译5个源文件：file.o dir.o symlink.o mount.o group.o

本部分内容就不分析sysfs文件系统的内部实现细节，主要分析以下两个问题：

（1）sysfs文件系统在linux内核中如何挂载的？

（2）linux内核如何将内核对象集添加到sysfs文件系统？

（2-1）sysfs文件系统在linux内核中如何挂载

在start_kernel()函数中将调用vfs_caches_init(totalram_pages);函数进行虚拟文件系统的初始化，此函数中将调用mnt_init()函数，在mnt_init()函数中将调用sysfs_init()对sysfs文件系统进行挂载。如下图片：

代码片段：

void __init mnt_init(void)
{
    //...
    
	kernfs_init();

	err = sysfs_init();
	if (err)
		printk(KERN_WARNING "%s: sysfs_init error: %d\n",
			__func__, err);

    //....
}

（/fs/sysfs/mount.c）

static struct file_system_type sysfs_fs_type = {
	.name		= "sysfs",
	.mount		= sysfs_mount,
	.kill_sb	= sysfs_kill_sb,
	.fs_flags	= FS_USERNS_VISIBLE | FS_USERNS_MOUNT,
};

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 = sysfs_root->kn;

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

	return 0;
}

上述代码第1-6行代码，定义了sysfs文件系统描述类型，指定了.name、.mount、.kill_sb、.fs_flags。

在sysfs_init()函数中调用kernfs_create_root()（kernfs是一个通用的内核虚拟文件系统，较为复杂本文暂不做过多分析）创建了kernfs_root。接着调用register_filesystem()向内核注册sysfs文件系统。

（2-2）linux内核如何将内核对象集添加到sysfs文件系统？

上文写道，linux内核中调用了kset_create_and_add()内核函数创建内核对象集，从而将内核对象集添加到sysfs文件系统下，本部分来看看该函数。

该函数有以下重要的函数调用关系：

（/fs/sysfs/dir.c）

int sysfs_create_dir_ns(struct kobject *kobj, const void *ns)
{
	struct kernfs_node *parent, *kn;

	BUG_ON(!kobj);

	if (kobj->parent)
		parent = kobj->parent->sd;
	else
		parent = sysfs_root_kn;

	if (!parent)
		return -ENOENT;

	kn = kernfs_create_dir_ns(parent, kobject_name(kobj),
				  S_IRWXU | S_IRUGO | S_IXUGO, kobj, ns);
	if (IS_ERR(kn)) {
		if (PTR_ERR(kn) == -EEXIST)
			sysfs_warn_dup(parent, kobject_name(kobj));
		return PTR_ERR(kn);
	}

	kobj->sd = kn;
	return 0;
}

三、总结

本文从linux内核代码以及实际的系统运行效果为出发点，描述了sysfs文件系统的一些功能，并分析了linux内核如何初始化并挂载sysfs文件系统，以及inux内核如何将内核对象集添加到sysfs文件系统中的。