1. 概述
在設備模型中，bus、device、device driver等等，都比較好理解，因為它們對應了實實在在的東西，所有的邏輯都是圍繞着這些實體展開的。而本文所要描述的class就有些不同了，因為它是虛擬出來的，只是為了抽象設備的共性。
舉個例子，一些年齡相仿、需要獲取的知識相似的人，聚在一起學習，就構成了一個班級（Class）。這個班級可以有自己的名稱（如295），但如果離開構成它的學生（device），它就沒有任何存在意義。另外，班級存在的最大意義是什么呢？是由老師講授的每一個課程！因為老師只需要講一遍，一個班的學生都可以聽到。不然的話（例如每個學生都在家學習），就要為每人請一個老師，講授一遍。而講的內容，大多是一樣的，這就是極大的浪費。
設備模型中的class所提供的功能也一樣了，例如一些相似的device（學生），需要向用戶空間提供相似的接口（課程），如果每個設備的驅動都實現一遍的話，就會導致內核有大量的冗余代碼，這就是極大的浪費。所以，class說了，我幫你們實現吧，你們會用就行了。
這就是設備模型中Class的功能，再結合內核的注釋：A class is a higher-level view of a device that abstracts out low-level implementation details(include/linux/device.h line326類是抽象出低級實現細節的設備的更高級視圖)，就容易理解了。
2. 數據結構描述
2.1 struct class
struct class是class的抽象，它的定義include\linux\device.h，如下
1 /** 2 * struct class - device classes 3 * @name: Name of the class. 4 * @owner: The module owner. 5 * @class_attrs: Default attributes of this class. 6 * @dev_attrs: Default attributes of the devices belong to the class. 7 * @dev_bin_attrs: Default binary attributes of the devices belong to the class. 8 * @dev_kobj: The kobject that represents this class and links it into the hierarchy. 9 * @dev_uevent: Called when a device is added, removed from this class, or a 10 * few other things that generate uevents to add the environment 11 * variables. 12 * @devnode: Callback to provide the devtmpfs. 13 * @class_release: Called to release this class. 14 * @dev_release: Called to release the device. 15 * @suspend: Used to put the device to sleep mode, usually to a low power 16 * state. 17 * @resume: Used to bring the device from the sleep mode. 18 * @ns_type: Callbacks so sysfs can detemine namespaces. 19 * @namespace: Namespace of the device belongs to this class. 20 * @pm: The default device power management operations of this class. 21 * @p: The private data of the driver core, no one other than the 22 * driver core can touch this. 23 * 24 * A class is a higher-level view of a device that abstracts out low-level 25 * implementation details. Drivers may see a SCSI disk or an ATA disk, but, 26 * at the class level, they are all simply disks. Classes allow user space 27 * to work with devices based on what they do, rather than how they are 28 * connected or how they work. 29 */ 30 struct class { 31 const char *name;class的名字，在sys/class下的名字 32 struct module *owner; 33 34 struct class_attribute *class_attrs;//class的默認attribute，class注冊到內核時，會自動在“/sys/class/xxx_class”下創建對應的attribute文件。 35 struct device_attribute *dev_attrs;//class下每個設備的attribute，會在設備注冊到內核時，自動在該設備的sysfs目錄下創建對應的attribute文件。 36 struct bin_attribute *dev_bin_attrs;//類似dev_attrs，只不過是二進制類型attribute 37 struct kobject *dev_kobj;//表示該class下的設備在/sys/dev/下的目錄，現在一般有char和block兩個，如果dev_kobj為NULL，則默認選擇char。 38 39 int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);上報事件的回調函數，當該class下有設備發生變化時，會調用class的uevent回調函數 40 char *(*devnode)(struct device *dev, umode_t *mode); 41 42 void (*class_release)(struct class *class);//釋放類的回調函數 43 void (*dev_release)(struct device *dev);//用於release class內設備的回調函數。在device_release接口中，會依次檢查Device、Device Type以及Device所在的class，是否注冊release接口，如果有則調用相應的release接口release設備指針 44 45 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state); 46 int (*resume)(struct device *dev); 47 48 const struct kobj_ns_type_operations *ns_type; 49 const void *(*namespace)(struct device *dev); 50 51 const struct dev_pm_ops *pm; 52 53 struct subsys_private *p;//類私有數據，同bus的私有數據 54 }
2.2 struct class_interface
struct class_interface是這樣的一個結構：它允許class driver在class下有設備添加或移除的時候，調用預先設置好的回調函數（add_dev和remove_dev）。那調用它們做什么呢？想做什么都行（），由具體的class driver實現。
該結構的定義如下：
1 struct class_interface { 2 struct list_head node; 3 struct class *class; 4 5 int (*add_dev) (struct device *, struct class_interface *); 6 void (*remove_dev) (struct device *, struct class_interface *); 7 };
在device_add的最后面有使用到class_interface
1 int device_add(struct device *dev) 2 { 3 ... 4 if (dev->class) { 5 mutex_lock(&dev->class->p->mutex); 6 /* tie the class to the device */ 7 klist_add_tail(&dev->knode_class, 8 &dev->class->p->klist_devices); 9 10 /* notify any interfaces that the device is here */ 11 list_for_each_entry(class_intf, 12 &dev->class->p->interfaces, node) 13 if (class_intf->add_dev) 14 class_intf->add_dev(dev, class_intf); 15 mutex_unlock(&dev->class->p->mutex); 16 } 17 ... 18 }
可以看到在注冊完一個設備后，都要通知所有interface，這個事件，具體的通知函數還是由具體的class來實現。
3 struct class嵌入的變量
3.1 device
1 struct device { 2 ... 3 struct class *class; 4 const struct attribute_group **groups; /* optional groups */ 5 6 ... 7 }
4. 功能及內部邏輯解析
4.1 class的功能
看完上面的東西，class到底提供了什么功能？怎么使用呢？讓我們先看一下現有Linux系統中有關class的狀況（這里以input class為例）：
可以看到class下面的所有設備都是device設備下面的符號鏈接。class只是一個管理者和分類着。
看上面的例子，發現input class也沒做什么實實在在的事兒，它（input class）的功能，僅僅是：
在/sys/class/目錄下，創建一個本class的目錄（input）
在本目錄下，創建每一個屬於該class的設備的符號鏈接，這樣就可以在本class目錄下，訪問該設備的所有特性（即attribute）
另外，device在sysfs的目錄下，也會創建一個subsystem的符號鏈接，鏈接到本class的目錄。
4.2 class相關的API
source code 位於：drivers/base/class.c
4.2.1class_create
1 /* This is a #define to keep the compiler from merging different 2 * instances of the __key variable */ 3 #define class_create(owner, name) \ 4 ({ \ 5 static struct lock_class_key __key; \ 6 __class_create(owner, name, &__key); \ 7 })
class_create是一個宏定義，直接call 函數_class_create()創建一個class結構體
1 /** 2 * class_create - create a struct class structure 3 * @owner: pointer to the module that is to "own" this struct class 4 * @name: pointer to a string for the name of this class. 5 * @key: the lock_class_key for this class; used by mutex lock debugging 6 * 7 * This is used to create a struct class pointer that can then be used 8 * in calls to device_create(). 9 * 10 * Returns &struct class pointer on success, or ERR_PTR() on error. 11 * 12 * Note, the pointer created here is to be destroyed when finished by 13 * making a call to class_destroy(). 14 */ 15 struct class *__class_create(struct module *owner, const char *name, 16 struct lock_class_key *key) 17 { 18 struct class *cls; 19 int retval; 20 21 cls = kzalloc(sizeof(*cls), GFP_KERNEL); 22 if (!cls) { 23 retval = -ENOMEM; 24 goto error; 25 } 26 27 cls->name = name; 28 cls->owner = owner; 29 cls->class_release = class_create_release; 30 31 retval = __class_register(cls, key); 32 if (retval) 33 goto error; 34 35 return cls; 36 37 error: 38 kfree(cls); 39 return ERR_PTR(retval); 40 }
緊接着call _class_register()
1 int __class_register(struct class *cls, struct lock_class_key *key) 2 { 3 struct subsys_private *cp; 4 int error; 5 6 pr_debug("device class '%s': registering\n", cls->name); 7 8 cp = kzalloc(sizeof(*cp), GFP_KERNEL);//類同bus，分配一個私有數據 9 if (!cp) 10 return -ENOMEM; 11 klist_init(&cp->klist_devices, klist_class_dev_get, klist_class_dev_put);//初始化class 鏈表 12 INIT_LIST_HEAD(&cp->interfaces); 13 kset_init(&cp->glue_dirs); 14 __mutex_init(&cp->mutex, "subsys mutex", key); 15 error = kobject_set_name(&cp->subsys.kobj, "%s", cls->name); 16 if (error) { 17 kfree(cp); 18 return error; 19 } 20 21 /* set the default /sys/dev directory for devices of this class */ 22 if (!cls->dev_kobj) 23 cls->dev_kobj = sysfs_dev_char_kobj; 24 25 #if defined(CONFIG_BLOCK) 26 /* let the block class directory show up in the root of sysfs */ 27 if (!sysfs_deprecated || cls != &block_class) 28 cp->subsys.kobj.kset = class_kset; 29 #else 30 cp->subsys.kobj.kset = class_kset; 31 #endif 32 cp->subsys.kobj.ktype = &class_ktype; 33 cp->class = cls; 34 cls->p = cp; 35 36 error = kset_register(&cp->subsys);//在/sys/class/下面創建一個目錄,同時發送一個uenent時間給上層 37 if (error) { 38 kfree(cp); 39 return error; 40 } 41 error = add_class_attrs(class_get(cls)); 42 class_put(cls); 43 return error; 44 }
class的注冊，是由__class_register接口（它的實現位於"drivers/base/class.c, line 609"）實現的，它的處理邏輯和bus的注冊類似，主要包括：
（1）為class結構中的struct subsys_private類型的指針（cp）分配空間，並初始化其中的字段，包括cp->subsys.kobj.kset、cp->subsys.kobj.ktype等等
（2）調用kset_register，注冊該class（一個class就是一個子系統，因此注冊class也是注冊子系統）。該過程結束后，在/sys/class/目錄下，就會創建對應該class（子系統）的目錄
（3）調用add_class_attrs接口，將class結構中class_attrs指針所指向的attribute，添加到內核中。執行完后，在/sys/class/xxx_class/目錄下，就會看到這些attribute對應的文件
4.3 回憶一下device注冊時，和class有關的動作
在 linux設備驅動device和device_driver，其中struct device結構會包含一個struct class指針（這從側面說明了class是device的集合，甚至，class可以是device的driver）。當某個class driver向內核注冊了一個class后，需要使用該class的device，通過把自身的class指針指向該class即可，剩下的事情，就由內核在注冊device時處理了。
在device注冊時，和class有關的動作：
（1）device的注冊最終是由device_add接口（drivers/base/core.c）實現了，該接口中和class有關的動作包括：
（2）調用device_add_class_symlinks接口，創建各種符號鏈接，即：在對應class的目錄下，創建指向device的符號鏈接；在device的目錄下，創建名稱為subsystem、指向對應class目錄的符號鏈接。
（3）調用device_add_attrs，添加由class指定的attributes（class->dev_attrs）
（4）如果存在對應該class的add_dev回調函數，調用該回調函數
上面說了很多class的具體做了哪些事，但真正有效只有一件就算是對設備分類，即以字符設備為例，一個類代表一類字符設備即代表一個主設備號，即輸入類設備有共同的主設備號，led類有共同的主設備號，framebuffer類有共同的主設備號，雜散類有共同的主設備號。類和總線是同不用角度來管理設備的。
參考博文：https://blog.csdn.net/qq_16777851/java/article/details/81474374