Linux設備模型是對系統設備組織架構進行抽象的一個數據結構，旨在為設備驅動進行分層、分類、組織。降低設備多樣性帶來的Linux驅動開發的復雜度，以及設備熱拔插處理、電源管理等。
電源管理和系統關機（Power management and system shutdown）
設備之間大多情況下有依賴、耦合，因此要實現電源管理就必須對系統的設備結構有清楚的理解，應知道先關哪個然後才能再關哪個。設計設備模型就是為了使系統可以按照正確順序進行硬件的遍歷。與用戶空間的交互（Communications with user space）
實現了sysfs虛擬文件系統。它可以將設備模型中定義的設備屬性信息等導出到用戶空間，使得在用戶空間可以實現對設備屬性的訪問及參數的更改。詳見Documentation/filesystems/sysfs.txt。可熱插拔設備（Hotpluggable devices）
設備模型管理內核所使用的處理用戶空間熱插拔的機制，支持設備的動態添加與移除。設備類別（Device classes）
系統的許多部分對設備如何連接沒有興趣, 但是它們需要知道什麼類型的設備可用。設備模型也實現了一個給設備分類的機制, 它在一個更高的功能性級別描述了這些設備。對象生命期（Object lifecycles）
設備模型的實現一套機制來處理對象生命期。Linux 設備模型是一個復雜的數據結構。如圖所示為和USB鼠標相關聯的設備模型的一小部分：
這個框圖展示了設備模型最重要的四個部分的組織關系（在頂層容器中詳解）：
Devices
描述了設備如何連接到系統。Drivers
系統中可用的驅動。Buses
跟蹤什麼連接到每個總線，負責匹配設備與驅動。classes
設備底層細節的抽象，描述了設備所提供的功能。Kobject是將整個設備模型連接在一起的基礎。主要用來實現以下功能：
對象的引用計數（Reference counting of objects）
通常, 當一個內核對象被創建, 沒有方法知道它會存在多長時間。 一種跟蹤這種對象生命周期的方法是通過引用計數。 當沒有內核代碼持有對給定對象的引用, 那個對象已經完成了它的有用壽命並且可以被刪除。sysfs 表示（Sysfs representation）
在sysfs中顯示的每一個項目都是通過一個與內核交互的kobject實現的。數據結構粘和（Data structure glue）
設備模型整體來看是一個極端復雜的由多級組成的數據結構, kobject實現各級之間的連接粘和。熱插拔事件處理（Hotplug event handling）
kobject處理熱插拔事件並通知用戶空間。/* include in <linux/kobject.h> */
struct kobject {
const char *name; /* 該kobject的名稱，同時也是sysfs中的目錄名稱 */
struct list_head entry; /* kobjetct雙向鏈表 */
struct kobject *parent; /* 指向kset中的kobject，相當於指向父目錄 */
struct kset *kset; /*指向所屬的kset*/
struct kobj_type *ktype; /*負責對kobject結構跟蹤*/
...
};
/* 定義kobject的類型及釋放回調 */
struct kobj_type {
void (*release)(struct kobject *); /* kobject釋放函數指針 */
struct sysfs_ops *sysfs_ops; /* 默認屬性操作方法 */
struct attribute **default_attrs; /* 默認屬性 */
};
/* kobject上層容器 */
struct kset {
struct list_head list; /* 用於連接kset中所有kobject的鏈表頭 */
spinlock_t list_lock; /* 掃描kobject組成的鏈表時使用的鎖 */
struct kobject kobj; /* 嵌入的kobject */
const struct kset_uevent_ops *uevent_ops; /* kset的uevent操作 */
};
/* 包含kset的更高級抽象 */
struct subsystem {
struct kset kset; /* 定義一個kset */
struct rw_semaphore rwsem; /* 用於串行訪問kset內部鏈表的讀寫信號量 */
};kobject和kset關系：
如圖所示，kset將它的children(kobjects)組成一個標准的內核鏈表。所以說kset是一個包含嵌入在同種類型結構中的kobject的集合。它自身也內嵌一個kobject，所以也是一個特殊的kobject。設計kset的主要目的是容納，可以說是kobject的頂層容器。kset總是會在sysfs中以目錄的形式呈現。需要注意的是圖中所示的kobject其實是嵌入在其他類型中（很少單獨使用），也可能是其他kset中。
kset和subsystem關系：
一個子系統subsystem, 其實只是一個附加了個讀寫信號量的kset的包裝，反過來就是說每個 kset 必須屬於一個子系統。根據subsystem之間的成員關系建立kset在整個層級中的位置。
子系統常常使用宏直接靜態定義：
/* 定義一個struct subsystem name_subsys 並初始化kset的type及hotplug_ops */
decl_subsys(name, struct kobj_type *type,struct kset_hotplug_ops *hotplug_ops);/* 初始化kobject內部結構 */
void kobject_init(struct kobject *kobj);
/* 設置name */
int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, ...);
/* 先將kobj->kset指向要添加的kset中，然後調用會將kobject加入到指定的kset中 */
int kobject_add(struct kobject *kobj);
/* kobject_register = kobject_init + kobject_add */
extern int kobject_register(struct kobject *kobj);
/* 對應的Kobject刪除函數 */
void kobject_del(struct kobject *kobj);
void kobject_unregister(struct kobject *kobj);
/* 與kobject類似的kset操作函數 */
void kset_init(struct kset *kset);
kobject_set_name(&my_set->kobj, "The name");
int kset_add(struct kset *kset);
int kset_register(struct kset *kset);
void kset_unregister(struct kset *kset);Tip: 初始化前應先使用memset將kobj清零；初始化完成後引用計數為1
/* 引用計數加1並返回指向kobject的指針 */
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj);
/* 當一個引用被釋放, 調用kobject_put遞減引用計數，當引用為0時free這個object */
void kobject_put(struct kobject *kobj);
/* 與kobject類似的kset操作函數 */
struct kset *kset_get(struct kset *kset);
void kset_put(struct kset *kset);當引用計數為0時，會調用ktype中的release，因此可以這樣定義release回調函數：
void my_object_release(struct kobject *kobj)
{
struct my_object *mine = container_of(kobj, struct my_object, kobj);
/* Perform any additional cleanup on this object, then... */
kfree(mine);
}
/* 查找ktype */
struct kobj_type *get_ktype(struct kobject *kobj);decl_subsys(name, type, hotplug_ops);
void subsystem_init(struct subsystem *subsys);
int subsystem_register(struct subsystem *subsys);
void subsystem_unregister(struct subsystem *subsys);
struct subsystem *subsys_get(struct subsystem *subsys);
void subsys_put(struct subsystem *subsys);kobject是實現sysfs虛擬文件系統背後的機制。sysfs中的每一個目錄都對應內核中的一個kobject。將kobject的屬性（atrributes）導出就會在sysfs對應的目錄下產生由內核自動生成的包含這些屬性信息的文件。只需簡單的調用前面所提到的kobject_add就會在sysfs中生成一個對應kobject的入口，但值得注意的是：
屬性即為上面所提到的一旦導出就會由內核自動生成的包含kobject內核信息的文件。結構如下：
struct attribute {
char *name; /* 屬性名，也是sysfs對應entry下的文件名 */
struct module *owner; /* 指向負責實現這個屬性的模塊 */
mode_t mode; /* 權限位，在<linux/stat.h>中定義 */
};
屬性的導出顯示及導入存儲函數：
/* kobj: 需要處理的kobject
attr: 需要處理的屬性
buffer: 存儲編碼後的屬性信息，大小為PAGE_SIZE
return: 實際編碼的屬性信息長度
*/
struct sysfs_ops {
ssize_t (*show)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,char *buffer); /* 導出到用戶空間 */
ssize_t (*store)(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,const char *buffer, size_t size); /* 存儲進內核空間 */
};需要注意的是：
在kobject創建時都會賦予一些缺省的默認屬性，即上面所提到的kobj_type中的default_attrs數組，這個數組的最後一個成員須設置成NULL，以表示數組大小。所有使用這個kobj_type的kobject都是通過kobj_type中的sfsfs_ops回調函數入口實現對缺省屬性的定義。
一般來說，定義時就可以通過default_attrs完成所有的屬性，但這裡也提供了後續動態添加和刪除屬性的方法：
int sysfs_create_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr);
int sysfs_remove_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr);上述屬性包含的可讀的文本值，二進制屬性很少使用，大多用在從用戶空間傳遞一些不改動的文件如firmware給設備的情況下。
struct bin_attribute {
struct attribute attr; /* 定義name,owner,mode */
size_t size; /* 屬性最大長度，如沒有最大長度則設為0 */
ssize_t (*read)(struct kobject *kobj, char *buffer,loff_t pos, size_t size);
ssize_t (*write)(struct kobject *kobj, char *buffer,loff_t pos, size_t size);
};read/write一次加載多次調用，每次最多PAGE_SIZE大小。注意write無法指示最後一個寫操作，得通過其他方式判斷操作的結束。
二進制屬性不能定義為缺省值，因此需明確的創建與刪除：
int sysfs_create_bin_file(struct kobject *kobj,struct bin_attribute *attr);
int sysfs_remove_bin_file(struct kobject *kobj,struct bin_attribute *attr);方法：
int sysfs_create_link(struct kobject *kobj, struct kobject *target,char *name);
void sysfs_remove_link(struct kobject *kobj, char *name);熱插拔事件即當系統配置發生改變是內核向用戶空間的通知。然後用戶空間會調用/sbin/hotplug通過創建節點、加載驅動等動作進行響應。這個熱插拔事件的產生是在kobject_add和kobject_del時。我們可以通過上面kset中定義的uevent_ops對熱插拔事件產生進行配置：
struct kset_uevent_ops {
/* 實現事件的過濾，其返回值為0時不產生事件 */
int (* const filter)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);
/* 生成傳遞給/sbin/hotplug的name參數 */
const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);
/* 其他傳遞給/sbin/hotplug的參數通過這種設置環境變量的方式傳遞 */
int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj,
struct kobj_uevent_env *env);
};總線Buses是處理器和設備的通道。在設備模型中，所有設備都是通過總線連接在一起的，哪怕是一個內部虛擬的platform總線。
/* defined in <linux/device.h> */
struct bus_type {
const char *name; /* 總線類型名 */
struct bus_attribute *bus_attrs; /* 總線的屬性 */
struct device_attribute *dev_attrs; /* 設備屬性,為每個加入總線的設備建立屬性鏈表 */
struct driver_attribute *drv_attrs; /* 驅動屬性,為每個加入總線的驅動建立屬性鏈表 */
/* 驅動與設備匹配函數:當一個新設備或者驅動被添加到這個總線時，
這個方法會被調用一次或多次，若指定的驅動程序能夠處理指定的設備，則返回非零值。
必須在總線層使用這個函數, 因為那裡存在正確的邏輯，核心內核不知道如何為每個總線類型匹配設備和驅動程序 */
int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
/*在為用戶空間產生熱插拔事件之前，這個方法允許總線添加環境變量（參數和 kset 的uevent方法相同）*/
int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
...
struct subsys_private *p; /* 一個很重要的域，包含了device鏈表和drivers鏈表 */
}
/* 定義bus_attrs的快捷方式 */
BUS_ATTR(name, mode, show, store);
/* bus屬性文件的創建移除 */
int bus_create_file(struct bus_type *bus, struct bus_attribute *attr);
void bus_remove_file(struct bus_type *bus, struct bus_attribute *attr);
/* 總線注冊 */
int bus_register(struct bus_type *bus);
void bus_unregister(struct bus_type *bus);
/* 遍歷總線上的設備與驅動 */
int bus_for_each_dev(struct bus_type *bus, struct device *start, void *data, int(*fn)(struct device *, void *));
int bus_for_each_drv(struct bus_type *bus, struct device_driver *start, void *data, int(*fn)(struct device_driver *, void *));Linux中，每一個底層設備都是structure device的一個實例：
struct device {
struct device *parent; /* 父設備，總線設備指定為NULL */
struct device_private *p; /* 包含設備鏈表，driver_data（驅動程序要使用數據）等信息 */
struct kobject kobj;
const char *init_name; /* 初始默認的設備名 */
struct bus_type *bus; /* type of bus device is on */
struct device_driver *driver; /* which driver has allocated this device */
...
void (*release)(struct device *dev);
};
int device_register(struct device *dev);
void device_unregister(struct device *dev);
DEVICE_ATTR(name, mode, show, store);
int device_create_file(struct device *device,struct device_attribute *entry);
void device_remove_file(struct device *dev,struct device_attribute *attr);設備模型跟蹤所有系統已知的驅動。
struct device_driver {
const char *name; /* 驅動名稱,在sysfs中以文件夾名出現 */
struct bus_type *bus; /* 驅動關聯的總線類型 */
int (*probe) (struct device *dev); /* 查詢設備的存在 */
int (*remove) (struct device *dev); /* 設備移除回調 */
void (*shutdown) (struct device *dev);
...
}
int driver_register(struct device_driver *drv);
void driver_unregister(struct device_driver *drv);
DRIVER_ATTR(name, mode, show, store);
int driver_create_file(struct device_driver *drv,struct driver_attribute *attr);
void driver_remove_file(struct device_driver *drv,struct driver_attribute *attr);類是設備的一個高級視圖，實現了底層細節。通過對設備進行分類，同類代碼可共享，減少了內核代碼的冗余。
struct class {
const char *name; /* class的名稱，會在“/sys/class/”目錄下體現 */
struct class_attribute *class_attrs;
struct device_attribute *dev_attrs; /* 該class下每個設備的attribute */
struct kobject *dev_kobj;
/* 當該class下有設備發生變化時，會調用class的uevent回調函數 */
int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
char *(*devnode)(struct device *dev, mode_t *mode);
void (*class_release)(struct class *class);
void (*dev_release)(struct device *dev);
int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
int (*resume)(struct device *dev);
struct class_private *p;
};
int class_register(struct class *cls);
void class_unregister(struct class *cls);
CLASS_ATTR(name, mode, show, store);
int class_create_file(struct class *cls,const struct class_attribute *attr);
void class_remove_file(struct class *cls,const struct class_attribute *attr);
