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Chinese translated version of Documentation/filesystems/sysfs.rst

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Maintainer: Patrick Mochel	<mochel@osdl.org>
		Mike Murphy <mamurph@cs.clemson.edu>
Chinese maintainer: Fu Wei <tekkamanninja@gmail.com>
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Documentation/filesystems/sysfs.rst 的中文翻譯

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繁體中文版校譯者：胡皓文 Hu Haowen <2023002089@link.tyut.edu.cn>


以下爲正文
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sysfs - 用於導出內核對象(kobject)的文件系統

Patrick Mochel	<mochel@osdl.org>
Mike Murphy <mamurph@cs.clemson.edu>

修訂:    16 August 2011
原始版本:   10 January 2003


sysfs 簡介:
~~~~~~~~~~

sysfs 是一個最初基於 ramfs 且位於內存的文件系統。它提供導出內核
數據結構及其屬性，以及它們之間的關聯到用戶空間的方法。

sysfs 始終與 kobject 的底層結構緊密相關。請閱讀
Documentation/core-api/kobject.rst 文檔以獲得更多關於 kobject 接口的
信息。


使用 sysfs
~~~~~~~~~~~

只要內核配置中定義了 CONFIG_SYSFS ，sysfs 總是被編譯進內核。你可
通過以下命令掛載它:

    mount -t sysfs sysfs /sys


創建目錄
~~~~~~~~

任何 kobject 在系統中註冊，就會有一個目錄在 sysfs 中被創建。這個
目錄是作爲該 kobject 的父對象所在目錄的子目錄創建的，以準確地傳遞
內核的對象層次到用戶空間。sysfs 中的頂層目錄代表着內核對象層次的
共同祖先；例如：某些對象屬於某個子系統。

Sysfs 在與其目錄關聯的 kernfs_node 對象中內部保存一個指向實現
目錄的 kobject 的指針。以前，這個 kobject 指針被 sysfs 直接用於
kobject 文件打開和關閉的引用計數。而現在的 sysfs 實現中，kobject
引用計數只能通過 sysfs_schedule_callback() 函數直接修改。


屬性
~~~~

kobject 的屬性可在文件系統中以普通文件的形式導出。Sysfs 爲屬性定義
了面向文件 I/O 操作的方法，以提供對內核屬性的讀寫。


屬性應爲 ASCII 碼文本文件。以一個文件只存儲一個屬性值爲宜。但一個
文件只包含一個屬性值可能影響效率，所以一個包含相同數據類型的屬性值
數組也被廣泛地接受。

混合類型、表達多行數據以及一些怪異的數據格式會遭到強烈反對。這樣做是
很丟臉的,而且其代碼會在未通知作者的情況下被重寫。


一個簡單的屬性結構定義如下:

struct attribute {
        char                    * name;
        struct module		*owner;
        umode_t                 mode;
};


int sysfs_create_file(struct kobject * kobj, const struct attribute * attr);
void sysfs_remove_file(struct kobject * kobj, const struct attribute * attr);


一個單獨的屬性結構並不包含讀寫其屬性值的方法。子系統最好爲增刪特定
對象類型的屬性定義自己的屬性結構體和封裝函數。

例如:驅動程序模型定義的 device_attribute 結構體如下:

struct device_attribute {
	struct attribute	attr;
	ssize_t (*show)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
			char *buf);
	ssize_t (*store)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
			 const char *buf, size_t count);
};

int device_create_file(struct device *, const struct device_attribute *);
void device_remove_file(struct device *, const struct device_attribute *);

爲了定義設備屬性，同時定義了一下輔助宏:

#define DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store) \
struct device_attribute dev_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store)

例如:聲明

static DEVICE_ATTR(foo, S_IWUSR | S_IRUGO, show_foo, store_foo);

等同於如下代碼：

static struct device_attribute dev_attr_foo = {
       .attr	= {
		.name = "foo",
		.mode = S_IWUSR | S_IRUGO,
		.show = show_foo,
		.store = store_foo,
	},
};


子系統特有的回調函數
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

當一個子系統定義一個新的屬性類型時，必須實現一系列的 sysfs 操作，
以幫助讀寫調用實現屬性所有者的顯示和儲存方法。

struct sysfs_ops {
        ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *, char *);
        ssize_t (*store)(struct kobject *, struct attribute *, const char *, size_t);
};

[子系統應已經定義了一個 struct kobj_type 結構體作爲這個類型的
描述符，並在此保存 sysfs_ops 的指針。更多的信息參見 kobject 的
文檔]

sysfs 會爲這個類型調用適當的方法。當一個文件被讀寫時，這個方法會
將一般的kobject 和 attribute 結構體指針轉換爲適當的指針類型後
調用相關聯的函數。


示例:

#define to_dev_attr(_attr) container_of(_attr, struct device_attribute, attr)

static ssize_t dev_attr_show(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,
                             char *buf)
{
        struct device_attribute *dev_attr = to_dev_attr(attr);
        struct device *dev = kobj_to_dev(kobj);
        ssize_t ret = -EIO;

        if (dev_attr->show)
                ret = dev_attr->show(dev, dev_attr, buf);
        if (ret >= (ssize_t)PAGE_SIZE) {
                printk("dev_attr_show: %pS returned bad count\n",
                                dev_attr->show);
        }
        return ret;
}



讀寫屬性數據
~~~~~~~~~~~~

在聲明屬性時，必須指定 show() 或 store() 方法，以實現屬性的
讀或寫。這些方法的類型應該和以下的設備屬性定義一樣簡單。

ssize_t (*show)(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf);
ssize_t (*store)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
                 const char *buf, size_t count);

也就是說,他們應只以一個處理對象、一個屬性和一個緩衝指針作爲參數。

sysfs 會分配一個大小爲 (PAGE_SIZE) 的緩衝區並傳遞給這個方法。
Sysfs 將會爲每次讀寫操作調用一次這個方法。這使得這些方法在執行時
會出現以下的行爲:

- 在讀方面（read(2)），show() 方法應該填充整個緩衝區。回想屬性
  應只導出了一個屬性值或是一個同類型屬性值的數組，所以這個代價將
  不會不太高。

  這使得用戶空間可以局部地讀和任意的向前搜索整個文件。如果用戶空間
  向後搜索到零或使用‘0’偏移執行一個pread(2)操作，show()方法將
  再次被調用，以重新填充緩存。

- 在寫方面（write(2)），sysfs 希望在第一次寫操作時得到整個緩衝區。
  之後 Sysfs 傳遞整個緩衝區給 store() 方法。

  當要寫 sysfs 文件時，用戶空間進程應首先讀取整個文件，修該想要
  改變的值，然後回寫整個緩衝區。

  在讀寫屬性值時，屬性方法的執行應操作相同的緩衝區。

註記:

- 寫操作導致的 show() 方法重載，會忽略當前文件位置。

- 緩衝區應總是 PAGE_SIZE 大小。對於i386，這個值爲4096。

- show() 方法應該返回寫入緩衝區的字節數，也就是 scnprintf()的
  返回值。

- show() 方法在將格式化返回值返回用戶空間的時候，禁止使用snprintf()。
  如果可以保證不會發生緩衝區溢出，可以使用sprintf()，否則必須使用
  scnprintf()。

- store() 應返回緩衝區的已用字節數。如果整個緩存都已填滿，只需返回
  count 參數。

- show() 或 store() 可以返回錯誤值。當得到一個非法值，必須返回一個
  錯誤值。

- 一個傳遞給方法的對象將會通過 sysfs 調用對象內嵌的引用計數固定在
  內存中。儘管如此，對象代表的物理實體(如設備)可能已不存在。如有必要，
  應該實現一個檢測機制。

一個簡單的(未經實驗證實的)設備屬性實現如下：

static ssize_t show_name(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
                         char *buf)
{
	return scnprintf(buf, PAGE_SIZE, "%s\n", dev->name);
}

static ssize_t store_name(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
                          const char *buf, size_t count)
{
        snprintf(dev->name, sizeof(dev->name), "%.*s",
                 (int)min(count, sizeof(dev->name) - 1), buf);
	return count;
}

static DEVICE_ATTR(name, S_IRUGO, show_name, store_name);


（注意：真正的實現不允許用戶空間設置設備名。）

頂層目錄佈局
~~~~~~~~~~~~

sysfs 目錄的安排顯示了內核數據結構之間的關係。

頂層 sysfs 目錄如下:

block/
bus/
class/
dev/
devices/
firmware/
net/
fs/

devices/ 包含了一個設備樹的文件系統表示。他直接映射了內部的內核
設備樹，反映了設備的層次結構。

bus/ 包含了內核中各種總線類型的平面目錄佈局。每個總線目錄包含兩個
子目錄:

	devices/
	drivers/

devices/ 包含了系統中出現的每個設備的符號鏈接，他們指向 root/ 下的
設備目錄。

drivers/ 包含了每個已爲特定總線上的設備而掛載的驅動程序的目錄(這裏
假定驅動沒有跨越多個總線類型)。

fs/ 包含了一個爲文件系統設立的目錄。現在每個想要導出屬性的文件系統必須
在 fs/ 下創建自己的層次結構(參見Documentation/filesystems/fuse.rst)。

dev/ 包含兩個子目錄： char/ 和 block/。在這兩個子目錄中，有以
<major>:<minor> 格式命名的符號鏈接。這些符號鏈接指向 sysfs 目錄
中相應的設備。/sys/dev 提供一個通過一個 stat(2) 操作結果，查找
設備 sysfs 接口快捷的方法。

更多有關 driver-model 的特性信息可以在 Documentation/driver-api/driver-model/
中找到。


TODO: 完成這一節。


當前接口
~~~~~~~~

以下的接口層普遍存在於當前的sysfs中:

- 設備 (include/linux/device.h)
----------------------------------
結構體:

struct device_attribute {
	struct attribute	attr;
	ssize_t (*show)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
			char *buf);
	ssize_t (*store)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
			 const char *buf, size_t count);
};

聲明:

DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store);

增/刪屬性:

int device_create_file(struct device *dev, const struct device_attribute * attr);
void device_remove_file(struct device *dev, const struct device_attribute * attr);


- 總線驅動程序 (include/linux/device.h)
--------------------------------------
結構體:

struct bus_attribute {
        struct attribute        attr;
        ssize_t (*show)(const struct bus_type *, char * buf);
        ssize_t (*store)(const struct bus_type *, const char * buf, size_t count);
};

聲明:

BUS_ATTR(_name, _mode, _show, _store)

增/刪屬性:

int bus_create_file(struct bus_type *, struct bus_attribute *);
void bus_remove_file(struct bus_type *, struct bus_attribute *);


- 設備驅動程序 (include/linux/device.h)
-----------------------------------------

結構體:

struct driver_attribute {
        struct attribute        attr;
        ssize_t (*show)(struct device_driver *, char * buf);
        ssize_t (*store)(struct device_driver *, const char * buf,
                         size_t count);
};

聲明:

DRIVER_ATTR(_name, _mode, _show, _store)

增/刪屬性：

int driver_create_file(struct device_driver *, const struct driver_attribute *);
void driver_remove_file(struct device_driver *, const struct driver_attribute *);


文檔
~~~~

sysfs 目錄結構以及其中包含的屬性定義了一個內核與用戶空間之間的 ABI。
對於任何 ABI，其自身的穩定和適當的文檔是非常重要的。所有新的 sysfs
屬性必須在 Documentation/ABI 中有文檔。詳見 Documentation/ABI/README。