LV06-12-ConfigFS-02-数据结构与应用

发表于 2025-03-17 分类于嵌入式开发， 02IMX6ULL平台， LV06-驱动开发本文字数： 6k 阅读时长 ≈ 22 分钟

我们来详细了解一下Configfs。若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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这一部分是学习如何创建内核对象，然后生成对应的文件和目录。

一、核心数据结构

1. 关键数据结构

站在用户的角度来说，一个文件系统里面有目录、文件两种对象。在configfs的内核实现中，对应4个概念。

1.1 configfs_attribute

这里其实还有个configfs_bin_attribute，他们两个都是对应文件。

configfs_attribute：对应的文件里含有的是可视化的字符串信息

struct configfs_attribute {
	const char		*ca_name;
	struct module 		*ca_owner;
	umode_t			ca_mode;
	ssize_t (*show)(struct config_item *, char *);
	ssize_t (*store)(struct config_item *, const char *, size_t);
};

configfs_bin_attribute：对应的文件里含有的是二进制信息

struct configfs_bin_attribute {
	struct configfs_attribute cb_attr;	/* std. attribute */
	void *cb_private;			/* for user       */
	size_t cb_max_size;			/* max core size  */
	ssize_t (*read)(struct config_item *, void *, size_t);
	ssize_t (*write)(struct config_item *, const void *, size_t);
};

（1）读写文件时，会导致上述结构体里的show/store或者read/write函数被调用

（2）文件是位于某个目录的: config_item

1.2 config_item

struct config_item {
	char			*ci_name;
	char			ci_namebuf[CONFIGFS_ITEM_NAME_LEN];
	struct kref		ci_kref;
	struct list_head	ci_entry;
	struct config_item	*ci_parent;
	struct config_group	*ci_group;
	const struct config_item_type	*ci_type;
	struct dentry		*ci_dentry;
};

这是 ConfigFS 中最基本的数据结构，用于表示一个配置项。每个配置项都是一个内核对象，可以是设备、驱动程序、子系统等。 config_item 结构包含了配置项的类型、名称、属性、状态等信息，以及指向父配置项和子配置项的指针。

Tips：configfs中的每个对象都是config_item，后面的config_group、subsystem本质上都属于特殊的config_item

config_group、configfs_subsystem，config_item都对应一个目录
跟config_group、configfs_subsystem对比时， config_item这个目录下不再有目录
在 config_item 目录下有属性文件，还可以创建链接文件
链接文件的操作结构体是：config_item_type里的 configs_item_operations

1.3 config_group

config_group 是一种特殊类型的配置项，表示一个配置项组，对应一个目录。它可以包含一组相关的配置项，形成一个层次结构。config_group 结构包含了父配置项的指针，以及指向子配置项的链表。

struct config_group {
	struct config_item		cg_item;
	struct list_head		cg_children;
	struct configfs_subsystem 	*cg_subsys;
	struct list_head		default_groups;
	struct list_head		group_entry;
};

普通的config_item ：下面不再有子目录。
config_group：下面还可以创建config_item或者config_group，即：下面可以再创建子目录。
在当前目录下操作子目录时，对应的操作结构体是：config_item_type里的 configs_group_operations

1.4 configfs_subsystem

configfs_subsystem 是configfs文件系中的最顶层的数据结构，用于表示整个 ConfigFS 子系统。它包含了根配置项组的指针，以及 ConfigFS 的其他属性和状态信息。

struct configfs_subsystem {
	struct config_group	su_group;
	struct mutex		su_mutex;
};

比如：/sys/kernel/config/usb_gadget、/sys/kernel/config/iio
在drivers/usb/gadget/configfs.c中调用configfs_register_subsystem(&gadget_subsys)就会创建subsystem，它对应configfs文件系统中的顶层目录usb_gadget
subsystem也属于config_group。

1.5 总结

这些数据结构之间的关系可以形成一个树形结构，其中 configfs_subsystem 是根节点， config_group 表示配置项组， config_item 表示单个配置项。子配置项通过链表连接在一起，形成父子关系。

2. 子系统、容器和 config_item

接下来以设备树插件的驱动为例来详细了解一下这三个概念。

2.1 dtbocfg_root_subsys

static struct configfs_subsystem dtbocfg_root_subsys = {
    .su_group = {
        .cg_item = {
            .ci_namebuf = "device-tree",
            .ci_type    = &dtbocfg_root_type,
        },
    },
  .su_mutex = __MUTEX_INITIALIZER(dtbocfg_root_subsys.su_mutex),
};

这段代码定义了一个名为 dtbocfg_root_subsys 的 configfs_subsystem 结构体实例，表示ConfigFS 中的一个子系统。

dtbocfg_root_subsys.su_group 是一个 config_group 结构体，它表示子系统的根配置项组。在这里，该结构体的 .cg_item 字段表示根配置项组的基本配置项。

.ci_namebuf = “device-tree”：配置项的名称设置为”device-tree”，表示该配置项的名称为”device-tree”。

.ci_type = &dtbocfg_root_type：配置项的类型设置为 dtbocfg_root_type，这是一个自定义的配置项类型。

.su_mutex 字段是一个互斥锁，用于保护子系统的操作。在这里，使用了__MUTEX_INITIALIZER 宏来初始化互斥锁。

通过这段代码，创建了一个名为”device-tree”的子系统，它的根配置项组为空。可以在该子系统下添加更多的配置项和配置项组，用于动态配置和管理设备树相关的内核对象。 Linux系统下创建了 device-tree 这个子系统,如下图 :

2.2 注册配置项组

接下来继续分析设备树插件驱动代码中注册配置项组的部分：

static int __init dtbocfg_module_init(void)
{
    int retval = 0;

    pr_info(DRIVER_NAME ": " DRIVER_VERSION "\n");

    config_group_init(&dtbocfg_root_subsys.su_group);
    config_group_init_type_name(&dtbocfg_overlay_group, "overlays", &dtbocfg_overlays_type);

    retval = configfs_register_subsystem(&dtbocfg_root_subsys);
    if (retval != 0) {
        pr_err( "%s: couldn't register subsys\n", __func__);
        goto register_subsystem_failed;
    }

    retval = configfs_register_group(&dtbocfg_root_subsys.su_group, &dtbocfg_overlay_group);
    if (retval != 0) {
        pr_err( "%s: couldn't register group\n", __func__);
        goto register_group_failed;
    }

    pr_info(DRIVER_NAME ": OK\n");
    return 0;

  register_group_failed:
    configfs_unregister_subsystem(&dtbocfg_root_subsys);
  register_subsystem_failed:
    return retval;
}

这段代码是一个初始化函数 dtbocfg_module_init()，用于初始化和注册 ConfigFS 子系统和配置项组。

第 7 行：通过 config_group_init()函数初始化了 dtbocfg_root_subsys.su_group，即子系统的根配置项组。
第 8 行：使用 config_group_init_type_name()函数初始化了dtbocfg_overlay_group，表示名为”overlays”的配置项组，并指定了配置项组的类型为dtbocfg_overlays_type，这是一个自定义的配置项类型。
第 10 行：调用 configfs_register_subsystem()函数注册了 dtbocfg_root_subsys 子系统。如果注册失败，将打印错误信息，并跳转到register_subsystem_failed 标签处进行错误处理。
第 16 行：调用 configfs_register_group()函数注册了 dtbocfg_overlay_group 配置项组，并将其添加到 dtbocfg_root_subsys.su_group 下。如果注册失败，同样会打印错误信息，并跳转到 register_group_failed 标签处进行错误处理。
第 22 - 23 行：如果所有的注册过程都成功，将打印”OK”消息，并返回 0，表示初始化成功。

如果在注册配置项组失败时，会先调用 configfs_unregister_subsystem() 函数注销之前注册的子系统，然后返回注册失败的错误码 retval。这段代码的作用是初始化和注册一个名为”device-tree”的 ConfigFS 子系统，并在其下创建一个名为”overlays”的配置项组。 Linux 系统下，在 device-tree 子系统下创建了 overlays 容器，如下图：

3. 属性和方法

我们要在容器下放目录或属性文件，所以我们看一下 config_item结构体：

struct config_item {
	char			*ci_name;
	char			ci_namebuf[CONFIGFS_ITEM_NAME_LEN]; // 目录的名字
	struct kref		ci_kref;
	struct list_head	ci_entry;
	struct config_item	*ci_parent;
	struct config_group	*ci_group;
	const struct config_item_type	*ci_type; // 目录下属性文件和属性操作
	struct dentry		*ci_dentry;
};

config_item 结构体中包含了 config_item_type 结构体， config_item_type 结构体如下所示:

struct config_item_type {
	struct module				*ct_owner;
	struct configfs_item_operations		*ct_item_ops;  // item（目录） 的操作方法
	struct configfs_group_operations	*ct_group_ops; // group（容器） 的操作方法
	struct configfs_attribute		**ct_attrs;        // 属性文件的操作方法
	struct configfs_bin_attribute		**ct_bin_attrs;// bin 属性文件的操作方法
};

config_item_type 结构体中包含了 struct configfs_item_operations 结构体:

struct configfs_item_operations {
    // 删除 item 方法， 在 group 下面使用 rmdir 命令会调用这个方法
	void (*release)(struct config_item *);
	int (*allow_link)(struct config_item *src, struct config_item *target);
	void (*drop_link)(struct config_item *src, struct config_item *target);
};

config_item_type 结构体中包含了 struct configfs_group_operations 结构体：

struct configfs_group_operations {
    //创建 item 的方法， 在 group 下面使用 mkdir 命令会调用这个方法
	struct config_item *(*make_item)(struct config_group *group, const char *name);
    //创建 group 的方法
	struct config_group *(*make_group)(struct config_group *group, const char *name);
	int (*commit_item)(struct config_item *item);
	void (*disconnect_notify)(struct config_group *group, struct config_item *item);
	void (*drop_item)(struct config_group *group, struct config_item *item);
};

config_item_type 结构体中包含了 struct configfs_attribute结构体：

struct configfs_attribute {
	const char		*ca_name; // 属性文件的名字
	struct module 	*ca_owner;// 属性文件文件的所属模块
	umode_t			ca_mode;  // 属性文件访问权限
    
    // 读写方法的函数指针， 具体功能需要自行实现。
	ssize_t (*show)(struct config_item *, char *);
	ssize_t (*store)(struct config_item *, const char *, size_t);
};

4. 总结

configfs_subsystem

config_group

config_item

attribute

当我们使用mkdir dtbo_demo这个命令创建dtbo_demo这个item的时候，就会调用configfs_group_operations .make_item方法

二、注册configfs子系统

1. demo源码

demo源码可以看这里：12_configfs_demo/01_configfs_subsystem · 苏木/imx6ull-driver-demo - 码云 - 开源中国

2. 开发板测试

（1）挂载configfs文件系统

1	mount -t configfs none /sys/kernel/config

（2）加载驱动

1	insmod sdriver_demo.ko

（3）查看注册的子系统

1	ls /sys/kernel/config/

（4）卸载驱动

1 2	rmmod sdriver_demo.ko ls /sys/kernel/config/

三、注册group容器

1. demo源码

源码可以看这里：12_configfs_demo/02_configfs_group · 苏木/imx6ull-driver-demo - 码云 - 开源中国

2. 开发板测试

（1）挂载configfs文件系统

1	mount -t configfs none /sys/kernel/config

（2）测试效果

insmod sdriver_demo.ko

ls /sys/kernel/config/
ls /sys/kernel/config/sconfigfs/
ls /sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/

rmmod sdriver_demo.ko
ls /sys/kernel/config/

我们进入注册生成的 sconfigfs 子系统，可以看到注册生成的 sgroup 容器。

四、用户空间创建 item

1. demo实例

1.1 demo源码

源码可以看这里：12_configfs_demo/03_configfs_item · 苏木/imx6ull-driver-demo - 码云 - 开源中国

1.2 开发板测试

（1）挂载configfs文件系统

1	mount -t configfs none /sys/kernel/config

（2）加载驱动

1	insmod sdriver_demo.ko

（3）创建item

1 2	cd /sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/ mkdir item_demo

（4）删除item

1 2	cd /sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/ rm -rf item_demo

（5）卸载驱动

1	rmmod sdriver_demo.ko

2. drop_item 和 release

当我们在命令行使用 rmdir 命令删除 item 时，会执行configfs_item_operations.release 函数，

struct configfs_item_operations {
	void (*release)(struct config_item *);
	int (*allow_link)(struct config_item *src, struct config_item *target);
	void (*drop_link)(struct config_item *src, struct config_item *target);
};

.release 成员字段是在 struct config_item_type结构体中成员configfs_item_operations里面定义的一个回调函数指针。它指向一个函数，当 configfs 中的配置项被释放或删除时，内核会调用该函数来执行相应的资源释放操作。它通常用于释放与配置项相关的资源，比如释放动态分配的内存、关闭打开的文件描述符等。

还有一个 drop_item 函数，它是定义在 configfs_group_operations 中：

struct configfs_group_operations {
	struct config_item *(*make_item)(struct config_group *group, const char *name);
	struct config_group *(*make_group)(struct config_group *group, const char *name);
	int (*commit_item)(struct config_item *item);
	void (*disconnect_notify)(struct config_group *group, struct config_item *item);
	void (*drop_item)(struct config_group *group, struct config_item *item);
};

drop_item 一个回调函数指针。它指向一个函数，当 configfs 中的配置组（group）被删除时，内核会调用该函数来处理与配置组相关的操作。这个函数通常用于清理配置组的状态、释放相关的资源以及执行其他必要的清理操作。 .drop_item 函数在删除配置组时被调用，而不是在删除单个配置项时被调用。

.release 成员字段用于配置项的释放操作，而 .drop_item 成员字段用于配置组的删除操作。它们分别在不同的上下文中执行不同的任务，但都与资源释放和清理有关。

3. drop_item实例

2.1 demo源码

源码可以看这里：12_configfs_demo/04_drop_and_release · 苏木/imx6ull-driver-demo - 码云 - 开源中国

3.2 开发板测试

（1）挂载configfs文件系统

1	mount -t configfs none /sys/kernel/config

（2）加载驱动

1	insmod sdriver_demo.ko

（3）创建item

1 2	cd /sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/ mkdir item_demo

（4）删除item

1 2	cd /sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/ rm -rf item_demo

输入“ rmdir test” 命令删除 item，执行 rmdir 命令之后，依次执行了 sdrv_group_delete_item() 函数和sdrv_item_release()函数。

（5）卸载驱动

1	rmmod sdriver_demo.ko

五、注册attribute

1. demo源码

源码可以看这里：12_configfs_demo/05_attribute · 苏木/imx6ull-driver-demo - 码云 - 开源中国

2. 开发板测试

（1）挂载configfs文件系统

1	mount -t configfs none /sys/kernel/config

（2）加载驱动

1	insmod sdriver_demo.ko

（3）创建item

1 2	cd /sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/ mkdir item_demo

（4）属性操作

1
2
3

cd item_demo
cat read
echo 1 > write

（5）删除item

cd /sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/
rmdir item_demo
# 下面这个命令在有属性文件的时候会无权限
rm -rf item_demo

（5）卸载驱动

1	rmmod sdriver_demo.ko

六、实现多级目录

经过前面的学习，我们了解到一个配置组也就是（group）可以包含多个配置项（item）和子配置组。配置项和配置组都是作为配置组的成员存在的。配置项和配置组之间通过指针进行关联，以形成一个层次结构。

配置项（item）是最后一级目录了，它下面不可以再有目录：

我们可以在配置项组中创建目录，那么我们能否实现这样的结构：

1	/sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/a_dir/item_name_dir

下面就来了解一下多级目录的创建。其实吧，学到这里的时候我也不知道这里有什么用，后面用到了再补充吧。

1. demo源码

源码可以看这里：12_configfs_demo/06_multilevel_dir · 苏木/imx6ull-driver-demo - 码云 - 开源中国

2. 开发板测试

（1）挂载configfs文件系统

1	mount -t configfs none /sys/kernel/config

（2）加载驱动

1	insmod sdriver_demo.ko

1 2	cd /sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/ mkdir group_demo

然后输入“mkdir group_demo” 命令创建 config_item ，创建成功之后会打印这个项的名称：

然后进入group_demo目录下，此时可以在 test 目录下创建 item —— item_demo：

但由于在驱动中我们并没有实现在 group 下创建 item 功能，所以会提示创建 item_demo 没有权限。后面没有深入去搞了，这里就了解到这里吧。

（5）删除刚才的group_demo

cd /sys/kernel/config/sconfigfs/sgroup/
rmdir group_demo
# 或者
rm -rf group_demo

（5）卸载驱动

1	rmmod sdriver_demo.ko

参考资料

configfs-用户空间控制的内核对象配置 - abin在路上 - 博客园

14_configfs的使用与内部机制 — Linux设备驱动开发教程中心

Welcome to 100ask’s documentation — Linux设备驱动开发教程中心

一、核心数据结构

1. 关键数据结构

1.1 configfs_attribute

1.2 config_item

1.3 config_group

1.4 configfs_subsystem

1.5 总结

2. 子系统、 容器和 config_item

2.1 dtbocfg_root_subsys

2.2 注册配置项组

3. 属性和方法

4. 总结

二、注册configfs子系统

1. demo源码

2. 开发板测试

三、注册group容器

1. demo源码

2. 开发板测试

四、用户空间创建 item

1. demo实例

1.1 demo源码

1.2 开发板测试

2. drop_item 和 release

3. drop_item实例

2.1 demo源码

3.2 开发板测试

五、注册attribute

1. demo源码

2. 开发板测试

六、实现多级目录

1. demo源码

2. 开发板测试

2. 子系统、容器和 config_item