WIP FPC-III support
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / core-api / kobject.rst
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1 =====================================================================
2 Everything you never wanted to know about kobjects, ksets, and ktypes
3 =====================================================================
5 :Author: Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>
6 :Last updated: December 19, 2007
8 Based on an original article by Jon Corbet for lwn.net written October 1,
9 2003 and located at https://lwn.net/Articles/51437/
11 Part of the difficulty in understanding the driver model - and the kobject
12 abstraction upon which it is built - is that there is no obvious starting
13 place. Dealing with kobjects requires understanding a few different types,
14 all of which make reference to each other. In an attempt to make things
15 easier, we'll take a multi-pass approach, starting with vague terms and
16 adding detail as we go. To that end, here are some quick definitions of
17 some terms we will be working with.
19  - A kobject is an object of type struct kobject.  Kobjects have a name
20    and a reference count.  A kobject also has a parent pointer (allowing
21    objects to be arranged into hierarchies), a specific type, and,
22    usually, a representation in the sysfs virtual filesystem.
24    Kobjects are generally not interesting on their own; instead, they are
25    usually embedded within some other structure which contains the stuff
26    the code is really interested in.
28    No structure should **EVER** have more than one kobject embedded within it.
29    If it does, the reference counting for the object is sure to be messed
30    up and incorrect, and your code will be buggy.  So do not do this.
32  - A ktype is the type of object that embeds a kobject.  Every structure
33    that embeds a kobject needs a corresponding ktype.  The ktype controls
34    what happens to the kobject when it is created and destroyed.
36  - A kset is a group of kobjects.  These kobjects can be of the same ktype
37    or belong to different ktypes.  The kset is the basic container type for
38    collections of kobjects. Ksets contain their own kobjects, but you can
39    safely ignore that implementation detail as the kset core code handles
40    this kobject automatically.
42    When you see a sysfs directory full of other directories, generally each
43    of those directories corresponds to a kobject in the same kset.
45 We'll look at how to create and manipulate all of these types. A bottom-up
46 approach will be taken, so we'll go back to kobjects.
49 Embedding kobjects
50 ==================
52 It is rare for kernel code to create a standalone kobject, with one major
53 exception explained below.  Instead, kobjects are used to control access to
54 a larger, domain-specific object.  To this end, kobjects will be found
55 embedded in other structures.  If you are used to thinking of things in
56 object-oriented terms, kobjects can be seen as a top-level, abstract class
57 from which other classes are derived.  A kobject implements a set of
58 capabilities which are not particularly useful by themselves, but are
59 nice to have in other objects.  The C language does not allow for the
60 direct expression of inheritance, so other techniques - such as structure
61 embedding - must be used.
63 (As an aside, for those familiar with the kernel linked list implementation,
64 this is analogous as to how "list_head" structs are rarely useful on
65 their own, but are invariably found embedded in the larger objects of
66 interest.)
68 So, for example, the UIO code in ``drivers/uio/uio.c`` has a structure that
69 defines the memory region associated with a uio device::
71     struct uio_map {
72             struct kobject kobj;
73             struct uio_mem *mem;
74     };
76 If you have a struct uio_map structure, finding its embedded kobject is
77 just a matter of using the kobj member.  Code that works with kobjects will
78 often have the opposite problem, however: given a struct kobject pointer,
79 what is the pointer to the containing structure?  You must avoid tricks
80 (such as assuming that the kobject is at the beginning of the structure)
81 and, instead, use the container_of() macro, found in ``<linux/kernel.h>``::
83     container_of(ptr, type, member)
85 where:
87   * ``ptr`` is the pointer to the embedded kobject,
88   * ``type`` is the type of the containing structure, and
89   * ``member`` is the name of the structure field to which ``pointer`` points.
91 The return value from container_of() is a pointer to the corresponding
92 container type. So, for example, a pointer ``kp`` to a struct kobject
93 embedded **within** a struct uio_map could be converted to a pointer to the
94 **containing** uio_map structure with::
96     struct uio_map *u_map = container_of(kp, struct uio_map, kobj);
98 For convenience, programmers often define a simple macro for **back-casting**
99 kobject pointers to the containing type.  Exactly this happens in the
100 earlier ``drivers/uio/uio.c``, as you can see here::
102     struct uio_map {
103             struct kobject kobj;
104             struct uio_mem *mem;
105     };
107     #define to_map(map) container_of(map, struct uio_map, kobj)
109 where the macro argument "map" is a pointer to the struct kobject in
110 question.  That macro is subsequently invoked with::
112     struct uio_map *map = to_map(kobj);
115 Initialization of kobjects
116 ==========================
118 Code which creates a kobject must, of course, initialize that object. Some
119 of the internal fields are setup with a (mandatory) call to kobject_init()::
121     void kobject_init(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype);
123 The ktype is required for a kobject to be created properly, as every kobject
124 must have an associated kobj_type.  After calling kobject_init(), to
125 register the kobject with sysfs, the function kobject_add() must be called::
127     int kobject_add(struct kobject *kobj, struct kobject *parent,
128                     const char *fmt, ...);
130 This sets up the parent of the kobject and the name for the kobject
131 properly.  If the kobject is to be associated with a specific kset,
132 kobj->kset must be assigned before calling kobject_add().  If a kset is
133 associated with a kobject, then the parent for the kobject can be set to
134 NULL in the call to kobject_add() and then the kobject's parent will be the
135 kset itself.
137 As the name of the kobject is set when it is added to the kernel, the name
138 of the kobject should never be manipulated directly.  If you must change
139 the name of the kobject, call kobject_rename()::
141     int kobject_rename(struct kobject *kobj, const char *new_name);
143 kobject_rename() does not perform any locking or have a solid notion of
144 what names are valid so the caller must provide their own sanity checking
145 and serialization.
147 There is a function called kobject_set_name() but that is legacy cruft and
148 is being removed.  If your code needs to call this function, it is
149 incorrect and needs to be fixed.
151 To properly access the name of the kobject, use the function
152 kobject_name()::
154     const char *kobject_name(const struct kobject * kobj);
156 There is a helper function to both initialize and add the kobject to the
157 kernel at the same time, called surprisingly enough kobject_init_and_add()::
159     int kobject_init_and_add(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype,
160                              struct kobject *parent, const char *fmt, ...);
162 The arguments are the same as the individual kobject_init() and
163 kobject_add() functions described above.
166 Uevents
167 =======
169 After a kobject has been registered with the kobject core, you need to
170 announce to the world that it has been created.  This can be done with a
171 call to kobject_uevent()::
173     int kobject_uevent(struct kobject *kobj, enum kobject_action action);
175 Use the **KOBJ_ADD** action for when the kobject is first added to the kernel.
176 This should be done only after any attributes or children of the kobject
177 have been initialized properly, as userspace will instantly start to look
178 for them when this call happens.
180 When the kobject is removed from the kernel (details on how to do that are
181 below), the uevent for **KOBJ_REMOVE** will be automatically created by the
182 kobject core, so the caller does not have to worry about doing that by
183 hand.
186 Reference counts
187 ================
189 One of the key functions of a kobject is to serve as a reference counter
190 for the object in which it is embedded. As long as references to the object
191 exist, the object (and the code which supports it) must continue to exist.
192 The low-level functions for manipulating a kobject's reference counts are::
194     struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj);
195     void kobject_put(struct kobject *kobj);
197 A successful call to kobject_get() will increment the kobject's reference
198 counter and return the pointer to the kobject.
200 When a reference is released, the call to kobject_put() will decrement the
201 reference count and, possibly, free the object. Note that kobject_init()
202 sets the reference count to one, so the code which sets up the kobject will
203 need to do a kobject_put() eventually to release that reference.
205 Because kobjects are dynamic, they must not be declared statically or on
206 the stack, but instead, always allocated dynamically.  Future versions of
207 the kernel will contain a run-time check for kobjects that are created
208 statically and will warn the developer of this improper usage.
210 If all that you want to use a kobject for is to provide a reference counter
211 for your structure, please use the struct kref instead; a kobject would be
212 overkill.  For more information on how to use struct kref, please see the
213 file Documentation/core-api/kref.rst in the Linux kernel source tree.
216 Creating "simple" kobjects
217 ==========================
219 Sometimes all that a developer wants is a way to create a simple directory
220 in the sysfs hierarchy, and not have to mess with the whole complication of
221 ksets, show and store functions, and other details.  This is the one
222 exception where a single kobject should be created.  To create such an
223 entry, use the function::
225     struct kobject *kobject_create_and_add(const char *name, struct kobject *parent);
227 This function will create a kobject and place it in sysfs in the location
228 underneath the specified parent kobject.  To create simple attributes
229 associated with this kobject, use::
231     int sysfs_create_file(struct kobject *kobj, const struct attribute *attr);
233 or::
235     int sysfs_create_group(struct kobject *kobj, const struct attribute_group *grp);
237 Both types of attributes used here, with a kobject that has been created
238 with the kobject_create_and_add(), can be of type kobj_attribute, so no
239 special custom attribute is needed to be created.
241 See the example module, ``samples/kobject/kobject-example.c`` for an
242 implementation of a simple kobject and attributes.
246 ktypes and release methods
247 ==========================
249 One important thing still missing from the discussion is what happens to a
250 kobject when its reference count reaches zero. The code which created the
251 kobject generally does not know when that will happen; if it did, there
252 would be little point in using a kobject in the first place. Even
253 predictable object lifecycles become more complicated when sysfs is brought
254 in as other portions of the kernel can get a reference on any kobject that
255 is registered in the system.
257 The end result is that a structure protected by a kobject cannot be freed
258 before its reference count goes to zero. The reference count is not under
259 the direct control of the code which created the kobject. So that code must
260 be notified asynchronously whenever the last reference to one of its
261 kobjects goes away.
263 Once you registered your kobject via kobject_add(), you must never use
264 kfree() to free it directly. The only safe way is to use kobject_put(). It
265 is good practice to always use kobject_put() after kobject_init() to avoid
266 errors creeping in.
268 This notification is done through a kobject's release() method. Usually
269 such a method has a form like::
271     void my_object_release(struct kobject *kobj)
272     {
273             struct my_object *mine = container_of(kobj, struct my_object, kobj);
275             /* Perform any additional cleanup on this object, then... */
276             kfree(mine);
277     }
279 One important point cannot be overstated: every kobject must have a
280 release() method, and the kobject must persist (in a consistent state)
281 until that method is called. If these constraints are not met, the code is
282 flawed. Note that the kernel will warn you if you forget to provide a
283 release() method.  Do not try to get rid of this warning by providing an
284 "empty" release function.
286 If all your cleanup function needs to do is call kfree(), then you must
287 create a wrapper function which uses container_of() to upcast to the correct
288 type (as shown in the example above) and then calls kfree() on the overall
289 structure.
291 Note, the name of the kobject is available in the release function, but it
292 must NOT be changed within this callback.  Otherwise there will be a memory
293 leak in the kobject core, which makes people unhappy.
295 Interestingly, the release() method is not stored in the kobject itself;
296 instead, it is associated with the ktype. So let us introduce struct
297 kobj_type::
299     struct kobj_type {
300             void (*release)(struct kobject *kobj);
301             const struct sysfs_ops *sysfs_ops;
302             struct attribute **default_attrs;
303             const struct attribute_group **default_groups;
304             const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
305             const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
306             void (*get_ownership)(struct kobject *kobj, kuid_t *uid, kgid_t *gid);
307     };
309 This structure is used to describe a particular type of kobject (or, more
310 correctly, of containing object). Every kobject needs to have an associated
311 kobj_type structure; a pointer to that structure must be specified when you
312 call kobject_init() or kobject_init_and_add().
314 The release field in struct kobj_type is, of course, a pointer to the
315 release() method for this type of kobject. The other two fields (sysfs_ops
316 and default_attrs) control how objects of this type are represented in
317 sysfs; they are beyond the scope of this document.
319 The default_attrs pointer is a list of default attributes that will be
320 automatically created for any kobject that is registered with this ktype.
323 ksets
324 =====
326 A kset is merely a collection of kobjects that want to be associated with
327 each other.  There is no restriction that they be of the same ktype, but be
328 very careful if they are not.
330 A kset serves these functions:
332  - It serves as a bag containing a group of objects. A kset can be used by
333    the kernel to track "all block devices" or "all PCI device drivers."
335  - A kset is also a subdirectory in sysfs, where the associated kobjects
336    with the kset can show up.  Every kset contains a kobject which can be
337    set up to be the parent of other kobjects; the top-level directories of
338    the sysfs hierarchy are constructed in this way.
340  - Ksets can support the "hotplugging" of kobjects and influence how
341    uevent events are reported to user space.
343 In object-oriented terms, "kset" is the top-level container class; ksets
344 contain their own kobject, but that kobject is managed by the kset code and
345 should not be manipulated by any other user.
347 A kset keeps its children in a standard kernel linked list.  Kobjects point
348 back to their containing kset via their kset field. In almost all cases,
349 the kobjects belonging to a kset have that kset (or, strictly, its embedded
350 kobject) in their parent.
352 As a kset contains a kobject within it, it should always be dynamically
353 created and never declared statically or on the stack.  To create a new
354 kset use::
356   struct kset *kset_create_and_add(const char *name,
357                                    const struct kset_uevent_ops *uevent_ops,
358                                    struct kobject *parent_kobj);
360 When you are finished with the kset, call::
362   void kset_unregister(struct kset *k);
364 to destroy it.  This removes the kset from sysfs and decrements its reference
365 count.  When the reference count goes to zero, the kset will be released.
366 Because other references to the kset may still exist, the release may happen
367 after kset_unregister() returns.
369 An example of using a kset can be seen in the
370 ``samples/kobject/kset-example.c`` file in the kernel tree.
372 If a kset wishes to control the uevent operations of the kobjects
373 associated with it, it can use the struct kset_uevent_ops to handle it::
375   struct kset_uevent_ops {
376           int (* const filter)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);
377           const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);
378           int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj,
379                         struct kobj_uevent_env *env);
380   };
383 The filter function allows a kset to prevent a uevent from being emitted to
384 userspace for a specific kobject.  If the function returns 0, the uevent
385 will not be emitted.
387 The name function will be called to override the default name of the kset
388 that the uevent sends to userspace.  By default, the name will be the same
389 as the kset itself, but this function, if present, can override that name.
391 The uevent function will be called when the uevent is about to be sent to
392 userspace to allow more environment variables to be added to the uevent.
394 One might ask how, exactly, a kobject is added to a kset, given that no
395 functions which perform that function have been presented.  The answer is
396 that this task is handled by kobject_add().  When a kobject is passed to
397 kobject_add(), its kset member should point to the kset to which the
398 kobject will belong.  kobject_add() will handle the rest.
400 If the kobject belonging to a kset has no parent kobject set, it will be
401 added to the kset's directory.  Not all members of a kset do necessarily
402 live in the kset directory.  If an explicit parent kobject is assigned
403 before the kobject is added, the kobject is registered with the kset, but
404 added below the parent kobject.
407 Kobject removal
408 ===============
410 After a kobject has been registered with the kobject core successfully, it
411 must be cleaned up when the code is finished with it.  To do that, call
412 kobject_put().  By doing this, the kobject core will automatically clean up
413 all of the memory allocated by this kobject.  If a ``KOBJ_ADD`` uevent has been
414 sent for the object, a corresponding ``KOBJ_REMOVE`` uevent will be sent, and
415 any other sysfs housekeeping will be handled for the caller properly.
417 If you need to do a two-stage delete of the kobject (say you are not
418 allowed to sleep when you need to destroy the object), then call
419 kobject_del() which will unregister the kobject from sysfs.  This makes the
420 kobject "invisible", but it is not cleaned up, and the reference count of
421 the object is still the same.  At a later time call kobject_put() to finish
422 the cleanup of the memory associated with the kobject.
424 kobject_del() can be used to drop the reference to the parent object, if
425 circular references are constructed.  It is valid in some cases, that a
426 parent objects references a child.  Circular references _must_ be broken
427 with an explicit call to kobject_del(), so that a release functions will be
428 called, and the objects in the former circle release each other.
431 Example code to copy from
432 =========================
434 For a more complete example of using ksets and kobjects properly, see the
435 example programs ``samples/kobject/{kobject-example.c,kset-example.c}``,
436 which will be built as loadable modules if you select ``CONFIG_SAMPLE_KOBJECT``.