3 sysfs文件系统
sysfs是一个基于内存的文件系统，它的作用是将内核信息以文件的方式提供给用户程序使用。该文件系统的目录层次结构严格按照内核的数据结构组织。除了二进制文件外（只有特殊场合才使用），sysfs文件内容均以ASCII格式保存，且一个文件只保存一个数据，另外，一个文件不可大于一个内存页（通常为4096字节）。
sysfs提供一种机制，使得可以显式的描述内核对象、对象属性及对象间关系。sysfs有两组接口，一组针对内核，用于将设备映射到文件系统中，另一组针对用户程序，用于读取或操作这些设备。表2描述了内核中的sysfs要素及其在用户空间的表现：
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sysfs在内核中的组成要素 |
在用户空间的显示 |
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内核对象（kobject） |
目录 |
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对象属性（attribute） |
文件 |
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对象关系（relationship） |
链接（Symbolic Link） |
表2：sysfs内部结构与外部表现
在Ubuntu或Fedora等Linux系统中，我们可以用ls –F <路径>命令来通过文件后缀查看文件类型。“/”表示文件夹，“@”表示链接，没有后缀就是文件了。
sysfs目录结构
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/sys 下的子目录 |
所包含的内容 |
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/sys/devices |
这是内核对系统中所有设备的分层次表达模型，也是/sys文件系统管理设备的最重要的目录结构； |
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/sys/dev |
这个目录下维护一个按字符设备和块设备的主次号码(major:minor)链接到真实的设备(/sys/devices下)的符号链接文件； |
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/sys/bus |
这是内核设备按总线类型分层放置的目录结构， devices 中的所有设备都是连接于某种总线之下，在这里的每一种具体总线之下可以找到每一个具体设备的符号链接，它也是构成 Linux 统一设备模型的一部分； |
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/sys/class |
这是按照设备功能分类的设备模型，如系统所有输入设备都会出现在/sys/class/input 之下，而不论它们是以何种总线连接到系统。它也是构成 Linux 统一设备模型的一部分； |
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/sys/kernel |
这里是内核所有可调整参数的位置，目前只有 uevent_helper, kexec_loaded, mm, 和新式的 slab 分配器等几项较新的设计在使用它，其它内核可调整参数仍然位于sysctl(/proc/sys/kernel) 接口中； |
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/sys/module |
这里有系统中所有模块的信息，不论这些模块是以内联(inlined)方式编译到内核映像文件(vmlinuz)中还是编译为外部模块(ko文件)，都可能会出现在/sys/module 中：
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/sys/power |
这里是系统中电源选项，这个目录下有几个属性文件可以用于控制整个机器的电源状态，如可以向其中写入控制命令让机器关机、重启等。 |
表3：sysfs目录结构
深入理解sysfs
sysfs_dirent是组成sysfs单元的基本数据结构，它是sysfs文件夹或文件在内存中的代表。sysfs_dirent只表示文件类型（文件夹/普通文件/二进制文件/链接文件）及层级关系，其它信息都保存在对应的inode中。我们创建或删除一个sysfs文件或文件夹事实上只是对以sysfs_dirent为节点的树的节点的添加或删除。sysfs_dirent数据结构如下：
struct sysfs_dirent {
atomic_t s_count;
atomic_t s_active;
struct sysfs_dirent *s_parent; /* 指向父节点 */
struct sysfs_dirent *s_sibling; /* 指向兄弟节点，兄弟节点是按照inode索引s_ino的大小顺序链接在一起的。*/
const char *s_name; /* 节点名称 */
union {
struct sysfs_elem_dir s_dir; /* 文件夹，s_dir->kobj指向sysfs对象 */
struct sysfs_elem_symlink s_symlink; /* 链接 */
struct sysfs_elem_attr s_attr; /* 普通文件 */
struct sysfs_elem_bin_attr s_bin_attr; /* 二进制文件 */
};
unsigned int s_flags;
ino_t s_ino; /* inode索引，创建节点时被动态申请，通过此值和sysfs_dirent地址可以到inode散列表中获取inode结构 */
umode_t s_mode;
struct iattr *s_iattr;
};
inode(index node)中保存了设备的主从设备号、一组文件操作函数和一组inode操作函数。文件操作比较常见：open、read、write等。inode操作在sysfs文件系统中只针对文件夹实现了两个函数一个是目录下查找inode函数(.lookup=sysfs_lookup)，该函数在找不到inode时会创建一个，并用sysfs_init_inode为其赋值；另一个是设置inode属性函数(.setattr=sysfs_setattr)，该函数用于修改用户的权限等。inode结构如下：
struct inode {
struct hlist_node i_hash; /* 散列表链节 */
struct list_head i_list;
struct list_head i_sb_list;
struct list_head i_dentry; /* dentry链节 */
unsigned long i_ino; /* inode索引 */
atomic_t i_count;
unsigned int i_nlink;
uid_t i_uid;
gid_t i_gid;
dev_t i_rdev; /* 主从设备号 */
const struct inode_operations *i_op; /* 一组inode操作函数，可用其中lookup查找目录下的inode，对应sysfs为sysfs_lookup函数 */
const struct file_operations *i_fop; /* 一组文件操作函数，对于sysfs为sysfs的open/read/write等函数 */
struct super_block *i_sb;
struct list_head i_devices;
union {
struct pipe_inode_info *i_pipe;
struct block_device *i_bdev;
struct cdev *i_cdev;
};
};
dentry(directory entry)的中文名称是目录项，是Linux文件系统中某个索引节点(inode)的链接。这个索引节点可以是文件，也可以是目录。引入dentry的目的是加快文件的访问。dentry数据结构如下：
struct dentry {
atomic_t d_count; /* 目录项对象使用的计数器 */
unsigned int d_flags; /* 目录项标志 */
spinlock_t d_lock; /* 目录项自旋锁 */
int d_mounted; /* 对于安装点而言，表示被安装文件系统根项 */
struct inode *d_inode; /* 文件索引节点(inode) */
/*
* The next three fields are touched by __d_lookup. Place them here
* so they all fit in a cache line.
*/
struct hlist_node d_hash; /* lookup hash list */
struct dentry *d_parent; /* parent directory */
struct qstr d_name; /* 文件名 */
/*
* d_child and d_rcu can share memory
*/
union {
struct list_head d_child; /* child of parent list */
struct rcu_head d_rcu;
} d_u;
void *d_fsdata; /* 与文件系统相关的数据，在sysfs中指向sysfs_dirent */
unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN_MIN]; /* 存放短文件名 */
};
sysfs_dirent、inode、dentry三者关系：
图3-1：sysfs在内存中的形态
如上图sysfs超级块sysfs_sb、dentry根目录root、sysfs_direct根目录sysfs_root都是在sysfs初始化时创建。
sysfs_root下的子节点是添加设备对象或对象属性时调用sysfs_create_dir/ sysfs_create_file创建的，同时会申请对应的inode的索引号s_ino。注意此时并未创建inode。
inode是在用到的时候调用sysfs_get_inode函数创建并依据sysfs_sb地址和申请到的s_ino索引计算散列表位置放入其中。
dentry的子节点也是需要用的时候才会创建。比如open文件时，会调用path_walk根据路径一层层的查找指定dentry，如果找不到，则创建一个，并调用父dentry的inode的lookup函数（sysfs文件系统的为sysfs_lookup）查找对应的子inode填充指定的dentry。
这里有必要介绍一下sysfs_lookup的实现，以保证我们更加清晰地了解这个过程，函数主体如下：
static struct dentry * sysfs_lookup(struct inode *dir, struct dentry *dentry, struct nameidata *nd)
{
struct dentry *ret = NULL;
struct sysfs_dirent *parent_sd = dentry->d_parent->d_fsdata; //获取父sysfs_direct
struct sysfs_dirent *sd;
struct inode *inode;
mutex_lock(&sysfs_mutex);
/* 在父sysfs_direct查找名为dentry->d_name.name的节点 */
sd = sysfs_find_dirent(parent_sd, dentry->d_name.name);
/* no such entry */
if (!sd) {
ret = ERR_PTR(-ENOENT);
goto out_unlock;
}
/* 这儿就是通过sysfs_direct获取对应的inode，sysfs_get_inode实现原理上面已经介绍过了 */
/* attach dentry and inode */
inode = sysfs_get_inode(sd);
if (!inode) {
ret = ERR_PTR(-ENOMEM);
goto out_unlock;
}
/* 填充目录项，至此一个目录项创建完毕 */
/* instantiate and hash dentry */
dentry->d_op = &sysfs_dentry_ops; /* 填充目录项的操作方法，该方法只提供一释放inode函数sysfs_d_iput */
dentry->d_fsdata = sysfs_get(sd); //填充sysfs_direct
d_instantiate(dentry, inode); //填充inode
d_rehash(dentry); //将dentry加入hash表
out_unlock:
mutex_unlock(&sysfs_mutex);
return ret;
}
sysfs文件open流程
open的主要过程是通过指定的路径找到对应的dentry，并从中获取inode，然后获取一个空的file结构，将inode中相关内容赋值给file，这其中包括将inode的fop赋给file的fop。因此接下来调用的filp->fop->open其实就是inode里的fop->open。新的file结构对应一个文件句柄fd，这会作为整个open函数的返回值。之后的read/write操作就靠这个fd找到对应的file结构了。
图3-2是从网上找到的，清晰地描述了file和dentry以及inode之间的关系：
图3-2：file、dentry、inode关系
进程每打开一个文件，就会有一个file结构与之对应。同一个进程可以多次打开同一个文件而得到多个不同的file结构，file结构描述了被打开文件的属性，读写的偏移指针等等当前信息。
两个不同的file结构可以对应同一个dentry结构。进程多次打开同一个文件时，对应的只有一个dentry结构。dentry结构存储目录项和对应文件（inode）的信息。
在存储介质中，每个文件对应唯一的inode结点，但是，每个文件又可以有多个文件名。即可以通过不同的文件名访问同一个文件。这里多个文件名对应一个文件的关系在数据结构中表示就是dentry和inode的关系。
inode中不存储文件的名字，它只存储节点号；而dentry则保存有名字和与其对应的节点号，所以就可以通过不同的dentry访问同一个inode。
sysfs文件read/write流程
sysfs与普通文件系统的最大差异是，sysfs不会申请任何内存空间来保存文件的内容。事实上再不对文件操作时，文件是不存在的。只有用户读或写文件时，sysfs才会申请一页内存（只有一页），用于保存将要读取的文件信息。如果作读操作，sysfs就会调用文件的父对象（文件夹kobject）的属性处理函数kobject->ktype->sysfs_ops->show，然后通过show函数来调用包含该对象的外层设备（或驱动、总线等）的属性的show函数来获取硬件设备的对应属性值，然后将该值拷贝到用户空间的buff，这样就完成了读操作。写操作也类似，都要进行内核空间ßà用户空间内存的拷贝，以保护内核代码的安全运行。
图3-1为用户空间程序读sysfs文件的处理流程，其他操作类似：
图3-3：用户空间程序读sysfs文件的处理流程
转自：http://blog.csdn.net/s_e_a_n/article/details/5770693