作者：劉昊昱 

核心版本：3.10.1

一、bus定義

Linux裝置驅動模型中的bus，即可以是物理匯流排（如PCI、I2C匯流排）的抽象，也可以是出於裝置驅動模型架構需要而定義的虛擬的“platform”匯流排。一個符合Linux裝置驅動模型的device或device_driver必須掛靠在一個bus上，無論這個bus是物理的還是虛擬的。

Linux核心使用bus_type結構體來描述bus，該結構體定義在include/linux/device.h檔案中，其內容如下：

  56/**
  57 * struct bus_type - The bus type of the device
  58 *
  59 * @name:   The name of the bus.
  60 * @dev_name:   Used for subsystems to enumerate devices like ("foo%u", dev->id).
  61 * @dev_root:   Default device to use as the parent.
  62 * @bus_attrs:  Default attributes of the bus.
  63 * @dev_attrs:  Default attributes of the devices on the bus.
  64 * @drv_attrs:  Default attributes of the device drivers on the bus.
  65 * @match:  Called, perhaps multiple times, whenever a new device or driver
  66 *      is added for this bus. It should return a nonzero value if the
  67 *      given device can be handled by the given driver.
  68 * @uevent: Called when a device is added, removed, or a few other things
  69 *      that generate uevents to add the environment variables.
  70 * @probe:  Called when a new device or driver add to this bus, and callback
  71 *      the specific driver's probe to initial the matched device.
  72 * @remove: Called when a device removed from this bus.
  73 * @shutdown:   Called at shut-down time to quiesce the device.
  74 * @suspend:    Called when a device on this bus wants to go to sleep mode.
  75 * @resume: Called to bring a device on this bus out of sleep mode.
  76 * @pm:     Power management operations of this bus, callback the specific
  77 *      device driver's pm-ops.
  78 * @iommu_ops:  IOMMU specific operations for this bus, used to attach IOMMU
  79 *              driver implementations to a bus and allow the driver to do
  80 *              bus-specific setup
  81 * @p:      The private data of the driver core, only the driver core can
  82 *      touch this.
  83 *
  84 * A bus is a channel between the processor and one or more devices. For the
  85 * purposes of the device model, all devices are connected via a bus, even if
  86 * it is an internal, virtual, "platform" bus. Buses can plug into each other.
  87 * A USB controller is usually a PCI device, for example. The device model
  88 * represents the actual connections between buses and the devices they control.
  89 * A bus is represented by the bus_type structure. It contains the name, the
  90 * default attributes, the bus' methods, PM operations, and the driver core's
  91 * private data.
  92 */
  93struct bus_type {
  94    const char      *name;
  95    const char      *dev_name;
  96    struct device       *dev_root;
  97    struct bus_attribute    *bus_attrs;
  98    struct device_attribute *dev_attrs;
  99    struct driver_attribute *drv_attrs;
 100
 101    int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
 102    int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
 103    int (*probe)(struct device *dev);
 104    int (*remove)(struct device *dev);
 105    void (*shutdown)(struct device *dev);
 106
 107    int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
 108    int (*resume)(struct device *dev);
 109
 110    const struct dev_pm_ops *pm;
 111
 112    struct iommu_ops *iommu_ops;
 113
 114    struct subsys_private *p;
 115    struct lock_class_key lock_key;
 116};
 

下面我們來看一下bus_type各個成員的作用：

name，代表bus的名字。

dev_name，用來遍歷bus上的device。

dev_root，bus上device的根節點。

bus_attrs，bus的屬性。

dev_attrs,bus上device的屬性。

drv_attrs，bus上device_driver的屬性。

match，當一個新的device或device driver被加入到該bus時，match函式會被呼叫進行匹配操作。更詳細的說，當一個device被加入時，會和bus上的所有device_driver進行匹配操作，如果有device_driver能支援這個device，則匹配成功，match返回非0值。當一個device_driver被加入到bus時，會和bus上的所有device進行匹配操作，如果有它能支援的device，則匹配成功，match返回非0值。

uevent，當某個device加入或被刪除，或者其它一些會發送uevnt訊息的事件發生時，該函式會被呼叫。

probe，當一個新的device或device_driver被加入bus時，該函式會被呼叫，它又會進而呼叫相應device_driver的probe函式對匹配的device進行初始化。

remove，當一個device被刪除時，這個函式會被呼叫。

shutdown，當系統關機時，該函式會被呼叫。

suspend，當bus的某個device要進入休眠狀態時，這個函式會被呼叫。

resume，當bus上的某個休眠device被喚醒時，這個函式會被呼叫。

pm，bus上的電源管理操作函式，會進而呼叫相應device_driver的pm函式。

iommu_ops，bus的iommu相關操作。

p，bus私有資料，只有bus driver本身能訪問這些資料，其型別是struct subsys_private，該結構體定義在drivers/base/base.h檔案中，其內容如下：

  3/**
  4 * struct subsys_private - structure to hold the private to the driver core portions of the bus_type/class structure.
  5 *
  6 * @subsys - the struct kset that defines this subsystem
  7 * @devices_kset - the subsystem's 'devices' directory
  8 * @interfaces - list of subsystem interfaces associated
  9 * @mutex - protect the devices, and interfaces lists.
 10 *
 11 * @drivers_kset - the list of drivers associated
 12 * @klist_devices - the klist to iterate over the @devices_kset
 13 * @klist_drivers - the klist to iterate over the @drivers_kset
 14 * @bus_notifier - the bus notifier list for anything that cares about things
 15 *                 on this bus.
 16 * @bus - pointer back to the struct bus_type that this structure is associated
 17 *        with.
 18 *
 19 * @glue_dirs - "glue" directory to put in-between the parent device to
 20 *              avoid namespace conflicts
 21 * @class - pointer back to the struct class that this structure is associated
 22 *          with.
 23 *
 24 * This structure is the one that is the actual kobject allowing struct
 25 * bus_type/class to be statically allocated safely.  Nothing outside of the
 26 * driver core should ever touch these fields.
 27 */
 28struct subsys_private {
 29    struct kset subsys;
 30    struct kset *devices_kset;
 31    struct list_head interfaces;
 32    struct mutex mutex;
 33
 34    struct kset *drivers_kset;
 35    struct klist klist_devices;
 36    struct klist klist_drivers;
 37    struct blocking_notifier_head bus_notifier;
 38    unsigned int drivers_autoprobe:1;
 39    struct bus_type *bus;
 40
 41    struct kset glue_dirs;
 42    struct class *class;
 43};

subsys，代表bus對應的kset，即bus對應子系統。bus對應一個kset，而device和device_driver都對應一個kobject，由此也可以看出它們的區別。在Linux裝置模型中，bus對應的kset是subsys，bus對應的kobject是subsys.kobj，bus對應的父kset是subsys.kobj.kset。所有通過bus_register註冊進系統的bus的父kset均為bus_kset，它對應/sys/bus目錄，所以，bus對應的目錄都在/sys/bus目錄下，如/sys/bus/usb。

devices_kset，該bus上所有device的集合。

interfaces，子系統interfaces連結串列。

drivers_kset，該bus上所有device_driver的集合。

klist_devices，該bus上所有device的連結串列。

klist_drivers，該bus上所有device_driver的連結串列。

bus_notifier，bus notifier列表。

drivers_autoprobe，表明當向bus加入一個device或device_driver時，是否自動進行匹配操作。

bus，指向相關聯的bus_type。

二、bus初始化

bus的初始化操作是在buses_init函式中完成的，該函式定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

1300int __init buses_init(void)
1301{
1302    bus_kset = kset_create_and_add("bus", &bus_uevent_ops, NULL);
1303    if (!bus_kset)
1304        return -ENOMEM;
1305
1306    system_kset = kset_create_and_add("system", NULL, &devices_kset->kobj);
1307    if (!system_kset)
1308        return -ENOMEM;
1309
1310    return 0;
1311}

1302行，呼叫kset_create_and_add建立bus_kset，它是所有bus的容器，對應/sys/bus目錄。這裡指定了當bus_kset中的成員狀態有變化時，用來通知使用者空間的uevent操作函式集為bus_uevent_ops，它定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

 161static const struct kset_uevent_ops bus_uevent_ops = {
 162    .filter = bus_uevent_filter,
 163};

這個操作函式集中只定義了filter函式，用來決定狀態發生變化時是否通知使用者空間，其定義如下：

 152static int bus_uevent_filter(struct kset *kset, struct kobject *kobj)
 153{
 154    struct kobj_type *ktype = get_ktype(kobj);
 155
 156    if (ktype == &bus_ktype)
 157        return 1;
 158    return 0;
 159}

如果ktype不是“bus_ktype”，則不通知使用者空間。

回到buses_init函式，1306行，呼叫kset_create_and_add建立system_kset，對應/sys/devices/system目錄。

三、bus的註冊

註冊一個bus是通過呼叫bus_register函式完成的，該函式定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

 900/**
 901 * bus_register - register a driver-core subsystem
 902 * @bus: bus to register
 903 *
 904 * Once we have that, we register the bus with the kobject
 905 * infrastructure, then register the children subsystems it has:
 906 * the devices and drivers that belong to the subsystem.
 907 */
 908int bus_register(struct bus_type *bus)
 909{
 910    int retval;
 911    struct subsys_private *priv;
 912    struct lock_class_key *key = &bus->lock_key;
 913
 914    priv = kzalloc(sizeof(struct subsys_private), GFP_KERNEL);
 915    if (!priv)
 916        return -ENOMEM;
 917
 918    priv->bus = bus;
 919    bus->p = priv;
 920
 921    BLOCKING_INIT_NOTIFIER_HEAD(&priv->bus_notifier);
 922
 923    retval = kobject_set_name(&priv->subsys.kobj, "%s", bus->name);
 924    if (retval)
 925        goto out;
 926
 927    priv->subsys.kobj.kset = bus_kset;
 928    priv->subsys.kobj.ktype = &bus_ktype;
 929    priv->drivers_autoprobe = 1;
 930
 931    retval = kset_register(&priv->subsys);
 932    if (retval)
 933        goto out;
 934
 935    retval = bus_create_file(bus, &bus_attr_uevent);
 936    if (retval)
 937        goto bus_uevent_fail;
 938
 939    priv->devices_kset = kset_create_and_add("devices", NULL,
 940                         &priv->subsys.kobj);
 941    if (!priv->devices_kset) {
 942        retval = -ENOMEM;
 943        goto bus_devices_fail;
 944    }
 945
 946    priv->drivers_kset = kset_create_and_add("drivers", NULL,
 947                         &priv->subsys.kobj);
 948    if (!priv->drivers_kset) {
 949        retval = -ENOMEM;
 950        goto bus_drivers_fail;
 951    }
 952
 953    INIT_LIST_HEAD(&priv->interfaces);
 954    __mutex_init(&priv->mutex, "subsys mutex", key);
 955    klist_init(&priv->klist_devices, klist_devices_get, klist_devices_put);
 956    klist_init(&priv->klist_drivers, NULL, NULL);
 957
 958    retval = add_probe_files(bus);
 959    if (retval)
 960        goto bus_probe_files_fail;
 961
 962    retval = bus_add_attrs(bus);
 963    if (retval)
 964        goto bus_attrs_fail;
 965
 966    pr_debug("bus: '%s': registered\n", bus->name);
 967    return 0;
 968
 969bus_attrs_fail:
 970    remove_probe_files(bus);
 971bus_probe_files_fail:
 972    kset_unregister(bus->p->drivers_kset);
 973bus_drivers_fail:
 974    kset_unregister(bus->p->devices_kset);
 975bus_devices_fail:
 976    bus_remove_file(bus, &bus_attr_uevent);
 977bus_uevent_fail:
 978    kset_unregister(&bus->p->subsys);
 979out:
 980    kfree(bus->p);
 981    bus->p = NULL;
 982    return retval;
 983}

914行，為struct subsys_private指標priv分配記憶體空間。

923行，設定priv->subsys.kobj的名字為bus->name，對應sysfs檔案系統中該bus的目錄名。

927行，設定priv->subsys.kobj.kset為bus_kset，即所有通過bus_register函式註冊的bus本身是一個kset（即priv->subsys），該kset對應的kobject是priv->subsys.kobj，該kset的父kset是priv->subsys.kobj.kset，這裡設定為bus_kset。因為bus_kset在buses_init函式中初始化，對應/sys/bus目錄，所以後面我們註冊的bus的根目錄都在/sys/bus目錄下，如/sys/bus/usb。

928行，設定priv->subsys.kobj.ktype為bus_ktype。因為對kobject屬性檔案的讀寫操作將會呼叫kobject.ktype.sysfs_ops指定的show和store函式，所以，讀寫bus對應的屬性檔案，將會呼叫bus_ktype.sysfs_ops指定的show和store函式。bus_ktype定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

 148static struct kobj_type bus_ktype = {
 149    .sysfs_ops  = &bus_sysfs_ops,
 150};

bus_sysfs_ops定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

 122static const struct sysfs_ops bus_sysfs_ops = {
 123    .show   = bus_attr_show,
 124    .store  = bus_attr_store,
 125};

同樣是在drivers/base/bus.c檔案中，bus_attr_show和bus_attr_store函式定義如下：

  95/*
  96 * sysfs bindings for buses
  97 */
  98static ssize_t bus_attr_show(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,
  99                 char *buf)
 100{
 101    struct bus_attribute *bus_attr = to_bus_attr(attr);
 102    struct subsys_private *subsys_priv = to_subsys_private(kobj);
 103    ssize_t ret = 0;
 104
 105    if (bus_attr->show)
 106        ret = bus_attr->show(subsys_priv->bus, buf);
 107    return ret;
 108}
 109
 110static ssize_t bus_attr_store(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,
 111                  const char *buf, size_t count)
 112{
 113    struct bus_attribute *bus_attr = to_bus_attr(attr);
 114    struct subsys_private *subsys_priv = to_subsys_private(kobj);
 115    ssize_t ret = 0;
 116
 117    if (bus_attr->store)
 118        ret = bus_attr->store(subsys_priv->bus, buf, count);
 119    return ret;
 120}

to_bus_attr是一個巨集，定義在drivers/base/bus.c檔案中，如下：

26#define to_bus_attr(_attr) container_of(_attr, struct bus_attribute, attr)

bus_attribute定義在include/linux/device.h檔案中，其內容如下：

  43struct bus_attribute {
  44    struct attribute    attr;
  45    ssize_t (*show)(struct bus_type *bus, char *buf);
  46    ssize_t (*store)(struct bus_type *bus, const char *buf, size_t count);
  47};

to_subsys_private定義在drivers/base/base.h檔案中，如下：

44#define to_subsys_private(obj) container_of(obj, struct subsys_private, subsys.kobj)

至此，我們可以回顧一下整個呼叫流程：

呼叫bus_register註冊任意一個bus時（如usb、i2c等等），都指定了該bus對應的bus_type.p.subsys.kobj.ktype為bus_ktype，所以對任意一個bus對應的屬性檔案進行讀寫操作時，都會呼叫bus_ktype.sysfs_ops.bus_attr_show和bus_ktype.sysfs_ops.bus_attr_store函式。注意，讀寫usb匯流排屬性檔案時是呼叫這兩個函式，讀寫i2c匯流排屬性檔案時也是呼叫這兩個函式，所有的匯流排呼叫的是同一個函式。那麼怎麼區分不同匯流排的操作呢？關鍵點是在bus_attr_show和bus_attr_store函式內部，通過to_bus_attr將引數傳遞過來的struct attribute變數轉換為包含它的struct bus_attribute物件，進而呼叫bus_attribute.show和bus_attribute.store函式。而bus_attribute物件定義在bus_type結構體中，即bus_type.bus_attrs，每個bus有不同的bus_type定義，也就有不同的bus_type.bus_attrs，也就有不同的bus_type.bus_attrs.show和bus_type.bus_attrs.store實現。

回到bus_register函式中：

929行，設定priv->drivers_autoprobe為1，指示當向bus加入一個device或device_driver時，自動進行匹配操作。

931行，呼叫kset_register註冊priv->subsys，這時在/sys/bus下建立了相應bus目錄結構。

935行，呼叫bus_create_file建立bus_attr_uevent對應的屬性檔案。

bus_create_file函式定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

 127int bus_create_file(struct bus_type *bus, struct bus_attribute *attr)
 128{
 129    int error;
 130    if (bus_get(bus)) {
 131        error = sysfs_create_file(&bus->p->subsys.kobj, &attr->attr);
 132        bus_put(bus);
 133    } else
 134        error = -EINVAL;
 135    return error;
 136}

bus_attr_uevent定義在drivers/base/bus.c檔案中：

898static BUS_ATTR(uevent, S_IWUSR, NULL, bus_uevent_store);

BUS_ATTR定義在include/linux/device.h檔案中：

  49#define BUS_ATTR(_name, _mode, _show, _store)   \
  50struct bus_attribute bus_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store)

__ATTR定義在include/linux/sysfs.h檔案中：

 66/**
 67 * Use these macros to make defining attributes easier. See include/linux/device.h
 68 * for examples..
 69 */
 70
 71#define __ATTR(_name,_mode,_show,_store) { \
 72    .attr = {.name = __stringify(_name), .mode = _mode },   \
 73    .show   = _show,                    \
 74    .store  = _store,                   \
 75}

由bus_attr_uevent的定義可以看出，它沒有定義show函式，而是隻定義了store函式bus_uevent_store，該函式定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

 889static ssize_t bus_uevent_store(struct bus_type *bus,
 890                const char *buf, size_t count)
 891{
 892    enum kobject_action action;
 893
 894    if (kobject_action_type(buf, count, &action) == 0)
 895        kobject_uevent(&bus->p->subsys.kobj, action);
 896    return count;
 897}

回到bus_register函式：

939-944行，呼叫kset_create_and_add建立名為devices的kset，賦值給priv->devices_kset，並指定該kset的parent kobject為priv->subsys.kobj。所以該kset對應於使用者空間/sys/bus/bus_name/devices目錄。

946-951行，呼叫kset_create_and_add建立名為devices的kset，賦值給priv->drivers_kset，並指定該kset的parent kobject為priv->subsys.kobj。所以該kset對應於使用者空間/sys/bus/bus_name/drivers目錄。

953行，初始化priv->interfaces

955行，初始化priv->klist_devices，klist_devices_get和klist_devices_put函式定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

 873static void klist_devices_get(struct klist_node *n)
 874{
 875    struct device_private *dev_prv = to_device_private_bus(n);
 876    struct device *dev = dev_prv->device;
 877
 878    get_device(dev);
 879}
 880
 881static void klist_devices_put(struct klist_node *n)
 882{
 883    struct device_private *dev_prv = to_device_private_bus(n);
 884    struct device *dev = dev_prv->device;
 885
 886    put_device(dev);
 887}

956行，初始化priv->klist_drivers。

958行，呼叫add_probe_files函式，該函式定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

 641static int add_probe_files(struct bus_type *bus)
 642{
 643    int retval;
 644
 645    retval = bus_create_file(bus, &bus_attr_drivers_probe);
 646    if (retval)
 647        goto out;
 648
 649    retval = bus_create_file(bus, &bus_attr_drivers_autoprobe);
 650    if (retval)
 651        bus_remove_file(bus, &bus_attr_drivers_probe);
 652out:
 653    return retval;
 654}

該函式建立了兩個屬性檔案：/sys/bus/bus_name/drivers_probe和/sys/bus/bus_name/drivers_autoprobe

屬性bus_attr_drivers_probe和bus_attr_drivers_autoprobe定義在drivers/base/bus.c檔案中，如下：

 637static BUS_ATTR(drivers_probe, S_IWUSR, NULL, store_drivers_probe);
 638static BUS_ATTR(drivers_autoprobe, S_IWUSR | S_IRUGO,
 639        show_drivers_autoprobe, store_drivers_autoprobe);

可見bus_attr_drivers_probe只定義了store函式，bus_attr_drivers_autoprobe定義了show和store兩個函式，它們都定義在drivers/base/bus.c檔案中，如下：

 226static ssize_t show_drivers_autoprobe(struct bus_type *bus, char *buf)
 227{
 228    return sprintf(buf, "%d\n", bus->p->drivers_autoprobe);
 229}
 230
 231static ssize_t store_drivers_autoprobe(struct bus_type *bus,
 232                       const char *buf, size_t count)
 233{
 234    if (buf[0] == '0')
 235        bus->p->drivers_autoprobe = 0;
 236    else
 237        bus->p->drivers_autoprobe = 1;
 238    return count;
 239}
 240
 241static ssize_t store_drivers_probe(struct bus_type *bus,
 242                   const char *buf, size_t count)
 243{
 244    struct device *dev;
 245
 246    dev = bus_find_device_by_name(bus, NULL, buf);
 247    if (!dev)
 248        return -ENODEV;
 249    if (bus_rescan_devices_helper(dev, NULL) != 0)
 250        return -EINVAL;
 251    return count;
 252}

show_drivers_autoprobe函式只是顯示當前bus->p->drivers_autoprobe的值。

store_drivers_autoprobe函式根據使用者空間傳遞過來的引數設定bus->p->drivers_autoprobe的值。

store_drivers_probe函式在246行呼叫bus_find_device_by_name函式根據使用者空間傳遞進來的裝置名（儲存在buf中）查詢對應的device。249行，呼叫bus_rescan_devices_helper函式為該裝置查詢對應的device_driver。

回到bus_register函式：

962行，呼叫bus_add_attrs，該函式定義在drivers/base/bus.c檔案中，其內容如下：

 838/**
 839 * bus_add_attrs - Add default attributes for this bus.
 840 * @bus: Bus that has just been registered.
 841 */
 842
 843static int bus_add_attrs(struct bus_type *bus)
 844{
 845    int error = 0;
 846    int i;
 847
 848    if (bus->bus_attrs) {
 849        for (i = 0; attr_name(bus->bus_attrs[i]); i++) {
 850            error = bus_create_file(bus, &bus->bus_attrs[i]);
 851            if (error)
 852                goto err;
 853        }
 854    }
 855done:
 856    return error;
 857err:
 858    while (--i >= 0)
 859        bus_remove_file(bus, &bus->bus_attrs[i]);
 860    goto done;
 861}

如果指定了bus的預設屬性，即bus->bus_attrs不為NULL，則建立對應的屬性檔案。

至此，bus_register函式我們就分析完了。