内核源码：linux-2.6.38.8.tar.bz2
目标平台：ARM体系结构
sysfs是基于内存的文件系统，用于向用户空间导出内核对象并且能对其进行读写。
1、sysfs文件系统不支持特殊文件，只支持目录、普通文件（文本或二进制文件）和符号链接文件等三种类型，在内核中都使用struct sysfs_dirent结构体来表示，相当于其他文件系统在硬盘或flash里的数据。源代码如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 /* fs/sysfs/sysfs.h */ struct sysfs_dirent { atomic_t s_count; //struct sysfs_dirent结构体实例自身的引用计数 atomic_t s_active; //struct sysfs_elem_*所涉及的外部对象的引用计数 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC struct lockdep_map dep_map; //死锁检测模块，针对s_attr.attr中的key或skey #endif struct sysfs_dirent *s_parent; //指向父节点 struct sysfs_dirent *s_sibling; //同级节点链表，插入到父节点的s_dir.children链表中 const char *s_name; //文件名 const void *s_ns; //命名空间 union { struct sysfs_elem_dir s_dir; //目录 struct sysfs_elem_symlink s_symlink; //符号链接文件 struct sysfs_elem_attr s_attr; //文本文件 struct sysfs_elem_bin_attr s_bin_attr; //二进制文件 }; unsigned int s_flags; //标志，表示struct sysfs_dirent类型、命名空间类型等信息 unsigned short s_mode; //文件访问权限，包含文件类型信息 ino_t s_ino; //对应于i节点号 struct sysfs_inode_attrs *s_iattr; //文件属性 }; struct sysfs_inode_attrs { struct iattr ia_iattr; //文件属性 void *ia_secdata; //安全检测模块所用数据 u32 ia_secdata_len; //ia_secdata所指数据的长度 }; /* include/linux/fs.h */ struct iattr { unsigned int ia_valid; //文件属性标志 umode_t ia_mode; //文件类型及其访问权限 uid_t ia_uid; //用户ID gid_t ia_gid; //组ID loff_t ia_size; //文件大小 struct timespec ia_atime; //访问时间 struct timespec ia_mtime; //数据修改时间 struct timespec ia_ctime; //元数据修改时间 struct file *ia_file; //辅助信息，用于想实现ftruncate等方法的文件系统 };
struct sysfs_dirent分为四种类型，如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 /* fs/sysfs/sysfs.h */ struct sysfs_elem_dir { struct kobject *kobj; //指向内核对象 //子节点链表，只有目录才有可能包含文件或子目录 //子节点通过s_sibling成员以s_ino成员升序的方式插入到该链表 struct sysfs_dirent *children; }; struct sysfs_elem_symlink { struct sysfs_dirent *target_sd; //指向所链接的节点 }; struct sysfs_elem_attr { struct attribute *attr; //对象属性 struct sysfs_open_dirent *open; //文件open信息，其中buffers成员是struct sysfs_buffer的链表 }; struct sysfs_elem_bin_attr { struct bin_attribute *bin_attr; //二进制的对象属性 struct hlist_head buffers; //struct bin_buffer的链表 };
struct sysfs_open_dirent等结构体的详细信息后文说明。
2、sysfs文件系统的初始化是由sysfs_init函数来完成的（该函数由vfs_caches_init函数所调用的mnt_init函数调用），执行文件系统的注册和挂载，与rootfs根文件系统的相关操作类似。源代码如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 /* fs/sysfs/mount.c */ static struct vfsmount *sysfs_mnt; struct kmem_cache *sysfs_dir_cachep; int __init sysfs_init(void) { int err = -ENOMEM; sysfs_dir_cachep = kmem_cache_create("sysfs_dir_cache", sizeof(struct sysfs_dirent), 0, 0, NULL); //创建用于struct sysfs_dirent的高速缓存 if (!sysfs_dir_cachep) goto out; //初始化后备存储介质相关结构体struct backing_dev_info（sysfs文件系统基于内存，无须数据同步） err = sysfs_inode_init(); if (err) goto out_err; err = register_filesystem(&sysfs_fs_type); //注册文件系统 if (!err) { //成功返回零 sysfs_mnt = kern_mount(&sysfs_fs_type); //挂载文件系统，不过没有将sysfs_mnt所指的结构体实例插入到挂载树中 if (IS_ERR(sysfs_mnt)) { printk(KERN_ERR "sysfs: could not mount!\n"); err = PTR_ERR(sysfs_mnt); sysfs_mnt = NULL; unregister_filesystem(&sysfs_fs_type); goto out_err; } } else goto out_err; out: return err; out_err: kmem_cache_destroy(sysfs_dir_cachep); sysfs_dir_cachep = NULL; goto out; }
在用户空间一般都将sysfs文件系统挂载在/sys目录，而这里也有一次通过kern_mount函数的挂载，这样的话 sysfs文件系统就会挂载两次？其实是没有的，后者的挂载并没有将当前的struct vfsmount结构体实例插入到挂载树中，而是保存在全局指针sysfs_mnt中，并且会与用户空间挂载sysfs文件系统时所创建的struct vfsmount结构体实例共享相同的超级块。因此，无论用户空间的挂载操作是否执行，sysfs文件系统都会存在于内核之中（编译内核有配置CONFIG_SYSFS选项）。sysfs文件系统的struct file_system_type结构体实例如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 /* fs/sysfs/mount.c */ static struct file_system_type sysfs_fs_type = { .name = "sysfs", .mount = sysfs_mount, .kill_sb = sysfs_kill_sb, }; static struct dentry *sysfs_mount(struct file_system_type *fs_type, int flags, const char *dev_name, void *data) { struct sysfs_super_info *info; enum kobj_ns_type type; struct super_block *sb; int error; info = kzalloc(sizeof(*info), GFP_KERNEL); //分配私有数据所用内存 if (!info) return ERR_PTR(-ENOMEM); //构建超级块私有数据，用于sysfs_test_super和sysfs_set_super函数 for (type = KOBJ_NS_TYPE_NONE; type < KOBJ_NS_TYPES; type++) info->ns[type] = kobj_ns_current(type); sb = sget(fs_type, sysfs_test_super, sysfs_set_super, info); //查找或创建超级块 if (IS_ERR(sb) || sb->s_fs_info != info) kfree(info); if (IS_ERR(sb)) return ERR_CAST(sb); if (!sb->s_root) { //如果根目录项为空指针，则说明超级块sb是新创建的 sb->s_flags = flags; error = sysfs_fill_super(sb, data, flags & MS_SILENT ? 1 : 0); //填充超级块 if (error) { deactivate_locked_super(sb); return ERR_PTR(error); } sb->s_flags |= MS_ACTIVE; } return dget(sb->s_root); }
其中，sysfs_test_super函数用于判断struct sysfs_super_info结构体数据是否相同以便确认是否可以共享超级块，源代码如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 /* include/linux/kobject_ns.h */ enum kobj_ns_type { KOBJ_NS_TYPE_NONE = 0, KOBJ_NS_TYPE_NET, KOBJ_NS_TYPES }; /* fs/sysfs/sysfs.h */ struct sysfs_super_info { const void *ns[KOBJ_NS_TYPES]; }; /* fs/sysfs/mount.c */ static int sysfs_test_super(struct super_block *sb, void *data) { struct sysfs_super_info *sb_info = sysfs_info(sb); //sb->s_fs_info struct sysfs_super_info *info = data; enum kobj_ns_type type; int found = 1; for (type = KOBJ_NS_TYPE_NONE; type < KOBJ_NS_TYPES; type++) { if (sb_info->ns[type] != info->ns[type]) //只要有任何一项的值不相同则函数返回0 found = 0; } return found; }
sysfs_fill_super函数主要用于创建sysfs文件系统根目录所对应的目录项及其i节点，并且将sysfs_root作为根目录项的私有数据。源代码如下所示：
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3、文件系统最核心的内容是要看其i节点是如何构建的，sysfs文件系统使用sysfs_init_inode函数来创建。源代码如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 /* fs/sysfs/inode.c */ static void sysfs_init_inode(struct sysfs_dirent *sd, struct inode *inode) { struct bin_attribute *bin_attr; inode->i_private = sysfs_get(sd); //指向引用计数递增之后的sd inode->i_mapping->a_ops = &sysfs_aops; //地址空间操作函数 inode->i_mapping->backing_dev_info = &sysfs_backing_dev_info; //后备存储介质的相关信息 inode->i_op = &sysfs_inode_operations; set_default_inode_attr(inode, sd->s_mode); sysfs_refresh_inode(sd, inode); switch (sysfs_type(sd)) { //struct sysfs_dirent类型 case SYSFS_DIR: //目录 inode->i_op = &sysfs_dir_inode_operations; inode->i_fop = &sysfs_dir_operations; break; case SYSFS_KOBJ_ATTR: //文本文件 inode->i_size = PAGE_SIZE; //文件大小固定为一页内存 inode->i_fop = &sysfs_file_operations; break; case SYSFS_KOBJ_BIN_ATTR: //二进制文件 bin_attr = sd->s_bin_attr.bin_attr; inode->i_size = bin_attr->size; inode->i_fop = &bin_fops; break; case SYSFS_KOBJ_LINK: //符号链接文件 inode->i_op = &sysfs_symlink_inode_operations; break; default: BUG(); } unlock_new_inode(inode); } static inline void set_default_inode_attr(struct inode * inode, mode_t mode) { inode->i_mode = mode; inode->i_atime = inode->i_mtime = inode->i_ctime = CURRENT_TIME; } static void sysfs_refresh_inode(struct sysfs_dirent *sd, struct inode *inode) { struct sysfs_inode_attrs *iattrs = sd->s_iattr; inode->i_mode = sd->s_mode; if (iattrs) { //sd->s_iattr为真 //从iattrs->ia_iattr拷贝ia_uid、ia_gid、ia_atime、ia_mtime和ia_ctime等成员的值给i节点相应的成员 set_inode_attr(inode, &iattrs->ia_iattr); security_inode_notifysecctx(inode, iattrs->ia_secdata, iattrs->ia_secdata_len); //安全检测模块 } if (sysfs_type(sd) == SYSFS_DIR) inode->i_nlink = sysfs_count_nlink(sd); //计算目录的硬链接数目（等于子目录数+2） }
四种structsysfs_dirent类型对应三种文件类型，其中SYSFS_KOBJ_ATTR和SYSFS_KOBJ_BIN_ATTR都为普通文件。文件系统针对不同的文件类型，i节点操作函数（struct inode_operations）和文件内容操作函数（struct file_operations）都会有不同的实现，并且其中的函数也是根据文件类型来决定是否实现（大部分成员为空指针）。
3.1、目录的i节点操作函数和文件内容操作函数分别为sysfs_dir_inode_operations和sysfs_dir_operations，其中i节点操作函数的create、mkdir和rmdir等成员都为空指针，表示sysfs文件系统的目录或文件无法从用户空间通过系统调用来创建和删除。对于sysfs文件系统中的目录来说，i节点操作函数最重要的是查找函数sysfs_lookup，文件内容操作函数最重要的是遍历目录函数sysfs_readdir。源代码如下所示：
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对于目录来说，只能有一个目录项别名。
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当在用户空间通过ls等命令查看sysfs文件系统的目录时，会通过系统调用getdents调用vfs_readdir，然后再调用sysfs_readdir函数。其中参数filp表示该目录打开之后的文件指针，dirent实际为struct getdents_callback类型的数据，filldir为回调函数指针，指向同名的filldir函数。源代码如下所示：
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3.2、sysfs文件系统针对文本文件和二进制文件实现了不同的文件内容操作函数，而i节点操作函数则相同。源代码如下所示：
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针对普通文件，最重要的是观察它的文件内容操作函数的实现，如open、read和write等函数。下面则以文本文件为例，看看sysfs文件系统是如何读写文件的。源代码如下所示：
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在sysfs文件系统中，文本文件使用struct sysfs_elem_attr来表示，而该结构体有一个struct sysfs_open_dirent类型的open成员，主要用于管理每次打开并读/写该文件时所使用的内存（struct sysfs_buffer）。源代码如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 /* fs/sysfs/file.c */ struct sysfs_open_dirent { atomic_t refcnt; //打开次数 atomic_t event; wait_queue_head_t poll; //等待队列 struct list_head buffers; //sysfs_buffer.list的链表 }; struct sysfs_buffer { size_t count; //数据大小（字节数） loff_t pos; //偏移量 char * page; //指向一页内存，用于存储数据 const struct sysfs_ops * ops; //操作函数 struct mutex mutex; //互斥锁 int needs_read_fill; //是否已填充数据 int event; struct list_head list; //插入所属的struct sysfs_open_dirent的buffers链表 };
sysfs_read_file为sysfs文件系统文本文件的读函数，源代码如下所示：
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sysfs_write_file为sysfs文件系统的写函数，源代码如下所示：
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关闭文件时，打开、读/写文件时所分配的内存都会释放，并不会一直存在于内核中。
3.3、对于符号链接文件来说，它没有文件内容操作函数，只有i节点操作函数，其中最重要的函数为符号链接文件的解析函数sysfs_follow_link，源代码如下所示：
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读取符号链接文件内容的函数generic_readlink主要就是靠解析函数来实现的，源代码如下所示：
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其中，sysfs_put_link函数执行与sysfs_follow_link函数相反的操作，这里只是释放由sysfs_follow_link函数分配的内存。
4、对于sysfs文件系统来说，在用户空间只能读写文件的内容，而无法创建或删除文件或目录，只能在内核中通过sysfs_create_dir、sysfs_create_file等等函数来实现。
4.1、内核对象（struct kobject）对应于sysfs文件系统中的目录，可使用sysfs_create_dir函数来创建，源代码如下所示：
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4.2、内核对象的属性（struct attribute）对应于sysfs文件系统中的文本文件，可使用sysfs_create_file函数来创建，源代码如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 /* fs/sysfs/file.c */ int sysfs_create_file(struct kobject * kobj, const struct attribute * attr) { BUG_ON(!kobj || !kobj->sd || !attr); //三者必须为真 return sysfs_add_file(kobj->sd, attr, SYSFS_KOBJ_ATTR); //数据项类型为SYSFS_KOBJ_ATTR，对应sysfs文件系统中的文本文件 } int sysfs_add_file(struct sysfs_dirent *dir_sd, const struct attribute *attr, int type) { return sysfs_add_file_mode(dir_sd, attr, type, attr->mode); //访问权限由内核对象的属性自身配置 } int sysfs_add_file_mode(struct sysfs_dirent *dir_sd, const struct attribute *attr, int type, mode_t amode) { umode_t mode = (amode & S_IALLUGO) | S_IFREG; //文件类型为普通文件 struct sysfs_addrm_cxt acxt; struct sysfs_dirent *sd; int rc; //分配sysfs数据项并初始化 sd = sysfs_new_dirent(attr->name, mode, type); if (!sd) return -ENOMEM; sd->s_attr.attr = (void *)attr; //保存内核对象属性 sysfs_dirent_init_lockdep(sd); //初始化死锁检测模块 sysfs_addrm_start(&acxt, dir_sd); //dir_sd对应于属性文件所在的目录 rc = sysfs_add_one(&acxt, sd); sysfs_addrm_finish(&acxt); if (rc) //失败则销毁sysfs数据项 sysfs_put(sd); return rc; }
sysfs文件系统中的二进制文件通过sysfs_create_bin_file函数来创建，符号链接文件通过sysfs_create_link函数来创建。
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