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施用 /sys 文件系统访问 Linux 内核

日期：2014-05-16　 浏览次数：20658 次

使用 /sys 文件系统访问 Linux 内核

简介： sysfs 是 Linux 内核中设计较新的一种虚拟的基于内存的文件系统，它的作用与 proc 有些类似，但除了与 proc 相同的具有查看和设定内核参数功能之外，还有为 Linux 统一设备模型作为管理之用。相比于 proc 文件系统，使用 sysfs 导出内核数据的方式更为统一，并且组织的方式更好，它的设计从 proc 中吸取了很多教训。本文就 sysfs 的挂载点 /sys 目录结构、其与 Linux 统一设备模型的关系、常见属性文件的用法等方面对 sysfs 作入门介绍，并且就内核编程方面，以具体的例子来展示如何添加 sysfs 支持。

sysfs 与 /sys

sysfs 文件系统总是被挂载在 /sys 挂载点上。虽然在较早期的2.6内核系统上并没有规定 sysfs 的标准挂载位置，可以把 sysfs 挂载在任何位置，但较近的2.6内核修正了这一规则，要求 sysfs 总是挂载在 /sys 目录上；针对以前的 sysfs 挂载位置不固定或没有标准被挂载，有些程序从 /proc/mounts 中解析出 sysfs 是否被挂载以及具体的挂载点，这个步骤现在已经不需要了。请参考附录给出的 sysfs-rules.txt 文件链接。

sysfs 与 proc

sysfs 与 proc 相比有很多优点，最重要的莫过于设计上的清晰。一个 proc 虚拟文件可能有内部格式，如 /proc/scsi/scsi ，它是可读可写的，(其文件权限被错误地标记为了 0444 ！，这是内核的一个BUG)，并且读写格式不一样，代表不同的操作，应用程序中读到了这个文件的内容一般还需要进行字符串解析，而在写入时需要先用字符串格式化按指定的格式写入字符串进行操作；相比而言， sysfs 的设计原则是一个属性文件只做一件事情， sysfs 属性文件一般只有一个值，直接读取或写入。整个/proc/scsi 目录在2.6内核中已被标记为过时(LEGACY)，它的功能已经被相应的 /sys 属性文件所完全取代。新设计的内核机制应该尽量使用 sysfs 机制，而将 proc 保留给纯净的“进程文件系统”。

初识 /sys


清单 1. 与 /sys 文件系统的一次交互(视内核版本号和外接设备的不同，在您的系统上执行这些命令的结果可能与此有所不同)
$ ls -F /sys
block/  bus/  class/  dev/  devices/  firmware/  fs/  kernel/  module/  power/
$ ls -F /sys/devices/pci0000:00/0000:00:01.0/0000:01:00.0/
broken_parity_status  enable         modalias  resource0     rom               uevent
class                 irq            msi_bus   resource0_wc  subsystem@        vendor
config                local_cpulist  power/    resource1     subsystem_device
device                local_cpus     resource  resource2     subsystem_vendor

这是在 Fedora 10 的 2.6.27.5-117.fc10.i686 的内核上，可以看到在 /sys 目录下有 block, bus, class, dev, devices, firmware, fs, kernel, module, power 这些子目录，本文将分别介绍这些目录存在的含义。

第二个 ls 命令展示了在一个 pci 设备目录下的文件， "ls" 命令的 "-F" 命令为所列出的每个文件使用后缀来显示文件的类型，后缀 "/" 表示列出的是目录，后缀 "@" 表示列出的是符号链接文件。可以看到第二个目录下包含有普通文件 (regular file) 和符号链接文件 (symbolic link file) ，本文也将以这个具体的设备为例说明其中每一个普通文件的用途。

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/sys 文件系统下的目录结构

/sys 下的目录结构是经过精心设计的：在 /sys/devices 下是所有设备的真实对象，包括如视频卡和以太网卡等真实的设备，也包括 ACPI 等不那么显而易见的真实设备、还有 tty, bonding 等纯粹虚拟的设备；在其它目录如 class, bus 等中则在分类的目录中含有大量对 devices 中真实对象引用的符号链接文件； 清单 1 中在 /sys 根目录下顶层目录的意义如下：


表 1. /sys 下的目录结构
/sys 下的子目录 所包含的内容
/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，下文会对它的内部结构作进一步分析；
/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，它是在内核 2.6.26 首次引入；
/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；
/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；
/sys/block 这里是系统中当前所有的块设备所在，按照功能来说放置在 /sys/class 之下会更合适，但只是由于历史遗留因素而一直存在于 /sys/block, 但从 2.6.22 开始就已标记为过时，只有在打开了 CONFIG_SYSFS_DEPRECATED 配置下编译才会有这个目录的存在，并且在 2.6.26 内核中已正式移到 /sys/class/block, 旧的接口 /sys/block 为了向后兼容保留存在，但其中的内容已经变为指向它们在 /sys/devices/ 中真实设备的符号链接文件；
/sys/firmware 这里是系统加载固件机制的对用户空间的接口，

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