设备驱动----Linux中总线、设备、驱动是如何关联的？

对于Linux驱动开发来说，设备模型的理解是根本，顾名思义设备模型是关于设备的模型，设备的概念就是总线和与其相连的各种设备了。

电脑城的IT工作者都会知道设备是通过总线连到计算机上的，而且还需要对应的驱动才能用，可是总线是如何发现设备的，设备又是如何和驱动对应起来的？

总线、设备、驱动，也就是bus、device、driver，在内核里都会有它们自己专属的结构，在include/linux/device.h里定义。

首先是总线，bus_type.
struct bus_type {
const char* name;
struct subsystem subsys;//代表自身
struct ksetdrivers; //当前总线的设备驱动集合
struct ksetdevices; //所有设备集合
struct klistklist_devices;
struct klistklist_drivers;
struct bus_attribute * bus_attrs;//总线属性
struct device_attribute * dev_attrs;//设备属性
struct driver_attribute * drv_attrs;
int(*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv);//设备驱动匹配函数
int(*uevent)(struct device *dev, char **envp,
int num_envp, char *buffer, int buffer_size);//热拔插事件
int(*probe)(struct device * dev);
int(*remove)(struct device * dev);
void(*shutdown)(struct device * dev);
int(*suspend)(struct device * dev, pm_message_t state);
int(*resume)(struct device * dev);
};

下面是设备device的定义：

struct device {
struct device* parent; //父设备，一般一个bus也对应一个设备。
struct kobject kobj;//代表自身
char bus_id[BUS_ID_SIZE];
struct bus_type * bus;/*所属的总线*/
struct device_driver *driver; /*匹配的驱动*/
void*driver_data; /* data private to the driver指向驱动*/
void*platform_data; /* Platform specific data，由驱动定义并使用*/
///更多字段忽略了
};
下面是设备驱动定义：
struct device_driver {
const char* name;
struct bus_type* bus;//所属总线
struct completion unloaded;
struct kobjectkobj;//代表自身
struct klistklist_devices;//设备列表
struct klist_node knode_bus;
struct module* owner;
int (*probe) (struct device * dev);
int (*remove) (struct device * dev);
void (*shutdown) (struct device * dev);
int (*suspend) (struct device * dev, pm_message_t state);
int (*resume) (struct device * dev);
};

我们会发现，structbus_type中有成员structksetdrivers和structksetdevices，同时structdevice中有两个成员struct bus_type * bus和struct device_driver *driver，structdevice_driver中有两个成员structbus_type*bus和structklistklist_devices。structdevice中的bus表示这个设备连到哪个总线上，driver表示这个设备的驱动是什么，structdevice_driver中的bus表示这个驱动属于哪个总线，klist_devices表示这个驱动都支持哪些设备，因为这里device是复数，又是list，更因为一个驱动可以支持多个设备，而一个设备只能绑定一个驱动。当然，structbus_type中的drivers和devices分别表示了这个总线拥有哪些设备和哪些驱动。

还有上面device和driver结构里出现的kobject结构是什么？kobject和kset都是Linux设备模型中最基本的元素。一般来说应该这么理解，整个Linux的设备模型是一个OO的体系结构，总线、设备和驱动都是其中鲜活存在的对象，kobject是它们的基类，所实现的只是一些公共的接口，kset是同种类型kobject对象的集合，也可以说是对象的容器。

那么总线、设备和驱动之间是如何关联的呢？

先说说总线中的那两条链表是怎么形成的。内核要求每次出现一个设备就要向总线汇报，或者说注册，每次出现一个驱动，也要向总线汇报，或者说注册。比如系统初始化的时候，会扫描连接了哪些设备，并为每一个设备建立起一个structdevice的变量，每一次有一个驱动程序，就要准备一个tructdevice_driver结构的变量。把这些变量统统加入相应的链表，device插入devices链表，driver插入drivers链表。这样通过总线就能找到每一个设备，每一个驱动。

设备和驱动又是如何联系？

原来是把每一个要用的设备在计算机启动之前就已经插好了，插放在它应该在的位置上，然后计算机启动，然后操作系统开始初始化，总线开始扫描设备，每找到一个设备，就为其申请一个structdevice结构，并且挂入总线中的devices链表中来，然后每一个驱动程序开始初始化，开始注册其struct device_driver结构，然后它去总线的devices链表中去寻找(遍历)，去寻找每一个还没有绑定驱动的设备，structdevice中的structdevice_driver指针仍为空的设备，然后它会去观察这种设备的特征，看是否是他所支持的设备，如果是，那么调用一个叫做device_bind_driver的函数，然后他们就结为了秦晋之好。换句话说，把structdevice中的structdevice_driverdriver指向这个驱动，而struct device_driver driver把struct device加入他的那structklist klist_devices链表中来。就这样，bus、device和driver，这三者之间或者说他们中的两两之间，就给联系上了。知道其中之一，就能找到另外两个。

但现在情况变了，出现了一种新的名词，叫热插拔。设备可以在计算机启动以后在插入或者拔出计算机了。设备可以在任何时刻出现，而驱动也可以在任何时刻被加载，所以，出现的情况就是，每当一个structdevice诞生，它就会去bus的drivers链表中寻找自己的另一半，反之，每当一个struct device_driver诞生，它就去bus的devices链表中寻找它的那些设备。如果找到了合适的，那么OK，和之前那种情况一下，调device_bind_driver绑定好。如果找不到，没有关系，等待吧！