Linux驱动开发实战指南：sysfs接口创建与设备模型全流程解析

一、sysfs到底是什么？

sysfs是 Linux 内核用于导出“设备对象模型”信息的一种可视化接口。

其本质是一个基于kobject机制、面向设备模型（device model），用于展示内核数据结构、并允许读写设备属性的虚拟文件系统。它的固定挂载点为 /sys。通过操作这个目录下的文件，用户空间程序可以与内核交互，查询或配置设备状态，这是Linux系统编程与驱动开发中的重要组成部分。

二、基于device创建sysfs节点

2.1 定义device_attribute

创建sysfs节点的核心是定义device_attribute结构。内核提供了便捷的宏DEVICE_ATTR：

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

__ATTR宏在include/linux/sysfs.h中定义，它将参数组装成一个标准的attribute结构：

#define __ATTR(_name, _mode, _show, _store) {                \
    .attr = {.name = __stringify(_name),                \
    .mode = VERIFY_OCTAL_PERMISSIONS(_mode) },        \
    .show    = _show,                        \
    .store    = _store,                        \
}

最终，struct device_attribute结构体（定义于include/linux/device.h）将attribute与读写函数绑定：

/* interface for exporting device attributes */
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);
}；

其中的struct attribute（亦定义于include/linux/sysfs.h）则定义了属性节点的基本元信息：

struct attribute {
    const char        *name;
    umode_t            mode;
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
    bool ignore_lockdep:1;
    struct lock_class_key    *key;
    struct lock_class_key    skey;
#endif
};

2.2 定义属性读写函数

.show和.store成员是两个函数指针，需要驱动开发者实现。

show函数用于响应cat命令，向用户空间返回信息：

ssize_t (*show)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
        char *buf);
//入参buf是内核提供的缓冲区，用于填充要显示的内容。
//返回值应为填充的字节数，且总长度应小于PAGE_SIZE（通常4096字节）。
//dev和attr参数可用于获取特定设备或属性的上下文。

store函数用于响应echo命令，处理从用户空间传入的数据：

ssize_t (*store)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
          const char *buf, size_t count);
//入参buf是用户传入的字符串数据。
//入参count是buf中数据的长度。
//函数通常应返回成功处理的字节数（常直接返回count）。

理解并正确实现这两个回调函数是Linux内核驱动与用户空间进行数据交换的关键。

三、将device attribute添加到sysfs中

定义好属性结构后，需要将其与内核对象（kobject）关联，从而在/sys下创建出可见的文件节点。

3.1 创建单个节点：sysfs_create_file

对于单个属性节点，通常在驱动的probe函数或module_init中调用sysfs_create_file，在退出时调用sysfs_remove_file进行清理。

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

这里的kobj通常是&dev->kobj（设备对象的kobject）。

3.2 创建多个节点（推荐）：sysfs_create_group

当需要创建多个相关属性时，使用属性组（attribute group）一次注册更为高效和整洁。

首先，定义多个DEVICE_ATTR，并将其指针放入一个数组中（数组必须以NULL结尾）：

static DEVICE_ATTR(sys_device_file, S_IWUSR | S_IRUSR, show_sys_device, store_sys_device);
static DEVICE_ATTR(sys_device_file0, S_IWUSR | S_IRUSR, show_sys_device, store_sys_device);
static DEVICE_ATTR(sys_device_file1, S_IWUSR | S_IRUSR, show_sys_device, store_sys_device);
static DEVICE_ATTR(sys_device_file2, S_IWUSR | S_IRUSR, show_sys_device, store_sys_device);

static struct attribute *sys_device_attributes[] = {
    &dev_attr_sys_device_file.attr,
    &dev_attr_sys_device_file0.attr,
    &dev_attr_sys_device_file1.attr,
    &dev_attr_sys_device_file2.attr,
    NULL // 属性结构体数组最后一项必须以NULL结尾。
};

然后，将这些属性数组包装成一个attribute_group：

static const struct attribute_group sys_device_attr_group = {
    .attrs = sys_device_attributes,
};

最后，使用sysfs_create_group一次性注册整个组，使用sysfs_remove_group进行移除：

int sysfs_create_group(struct kobject *kobj, const struct attribute_group *grp)
void sysfs_remove_group(struct kobject *kobj, const struct attribute_group *grp)

这种方法逻辑清晰，便于管理，是Linux系统驱动开发中的标准实践。