使用 udev 高效、动态地管理 Linux 设备文件

概述：

Linux 用户常常会很难鉴别同一类型的设备名，比如 eth0, eth1, sda, sdb 等等。通过观察这些设备的内核设备名称，用户通常能知道这些是什么类型的设备，但是不知道哪一个设备是他们想要的。例如，在一个充斥着本地磁盘和光纤磁盘的设备名清单 (/dev/sd*) 中，用户无法找到一个序列号为“35000c50000a7ef67”的磁盘。在这种情况下，udev 就能动态地在 /dev目录里产生自己想要的、标识性强的设备文件或者设备链接，以此帮助用户方便快捷地找到所需的设备文件。

什么是 udev?

udev 是 Linux2.6 内核里的一个功能，它替代了原来的 devfs，成为当前 Linux 默认的设备管理工具。udev 以守护进程的形式运行，通过侦听内核发出来的 uevent 来管理 /dev目录下的设备文件。不像之前的设备管理工具，udev 在用户空间 (user space) 运行，而不在内核空间 (kernel space) 运行。

使用 udev 的好处：

我们都知道，所有的设备在 Linux 里都是以设备文件的形式存在。在早期的 Linux 版本中，/dev目录包含 了所有可能出现的设备的设备文件。很难想象 Linux 用户如何在这些大量的设备文件中找到匹配条件的设备文件。现在 udev 只为那些连接到 Linux 操作系统的设备产生设备文件。并且 udev 能通过定义一个 udev 规则 (rule) 来产生匹配设备属性的设备文件，这些设备属性可以是内核设备名称、总线路径、厂商名称、型号、序列号或者磁盘大小等等。

• 动态管理：当设备添加 / 删除时，udev 的守护进程侦听来自内核的 uevent，以此添加或者删除 /dev下的设备文件，所以 udev 只为已经连接的设备产生设备文件，而不会在 /dev下产生大量虚无的设备文件。
• 自定义命名规则：通过 Linux 默认的规则文件，udev 在 /dev/ 里为所有的设备定义了内核设备名称，比如 /dev/sda、/dev/hda、/dev/fd等等。由于 udev 是在用户空间 (user space) 运行，Linux 用户可以通过自定义的规则文件，灵活地产生标识性强的设备文件名，比如 /dev/boot_disk、/dev/root_disk、/dev/color_printer等等。
• 设定设备的权限和所有者 / 组：udev 可以按一定的条件来设置设备文件的权限和设备文件所有者 / 组。在不同的 udev 版本中，实现的方法不同，在“如何配置和使用 udev”中会详解。

下面的流程图显示 udev 添加 / 删除设备文件的过程。

图 1. udev 工作流程图：

• 设备文件：由于本文以较通俗的方式讲解 udev，所以设备文件是泛指在 /dev/下，可被应用程序用来和设备驱动交互的文件。而不会特别地区分设备文件、设备节点或者设备特殊文件。
• devfs：devfs是 Linux 早期的设备管理工具，已经被 udev 取代。
• sysfs：sysfs是 Linux 2.6 内核里的一个虚拟文件系统 (/sys)。它把设备和驱动的信息从内核的设备模块导出到用户空间 (userspace)。从该文件系统中，Linux 用户可以获取很多设备的属性。
• devpath：本文的 devpath是指一个设备在 sysfs文件系统 (/sys)下的相对路径，该路径包含了该设备的属性文件。udev 里的多数命令都是针对 devpath操作的。例如：sda的 devpath是 /block/sda，sda2 的 devpath是 /block/sda/sda2。
• 内核设备名称：设备在 sysfs里的名称，是 udev 默认使用的设备文件名。

如何配置和使用 udev

下面会以 Ubuntu 10.04 为平台，分别描述 udev 的配置和使用：

下载和安装 udev

在Ubuntu 10.04平台上，udev 已是默认的设备管理工具，无需另外下载安装。

清单 1. 检查 udev 在 RHEL4.8 里的版本和运行情况

[eric@eric-Computer:epok$] aptitude show udev
Package: udev
State: installed
Automatically installed: no
Version: 151-12.3
Priority: required
Section: admin
Maintainer: Scott James Remnant <[e-mail]>
Uncompressed Size: 1,516k
Depends: libacl1 (>= 2.2.11-1), libc6 (>= 2.9), libglib2.0-0 (>= 2.16.0),
         libselinux1 (>= 1.32), libusb-0.1-4 (>= 2:0.1.12), upstart-job,
         module-init-tools (>= 3.2.1-0ubuntu3), initramfs-tools (>=
         0.92bubuntu63), procps, adduser, util-linux (> 2.15~rc2)
Suggests: watershed
Conflicts: hotplug, ifrename, libdevmapper1.02 (< 2:1.02.08-1ubuntu7),
           udev-extras (<= 20090618)
Breaks: casper (< 1.174), consolekit (<= 0.4.1), dmsetup (<=
        2:1.02.27-4ubuntu5), initramfs-tools (< 0.92bubuntu30), lvm2 (<=
        2.02.39-0ubuntu9), mdadm (<= 2.6.7.1-1ubuntu8)
Replaces: hotplug, ifrename, initramfs-tools (< 0.040ubuntu1),
          udev-extras (<= 20090618)
Description: rule-based device node and kernel event manager
 udev is a collection of tools and a daemon to manage events received
 from the kernel and deal with them in user-space.  Primarily this
 involves creating and removing device nodes in /dev when hardware is
 discovered or removed from the system.

 Events are received via kernel netlink messaged and processed according
 to rules in /etc/udev/rules.d and /lib/udev/rules.d, altering the name
 of the device node, creating additional symlinks or calling other tools
 and programs including those to load kernel modules and initialise the
 device.
[eric@eric-Computer:epok$] uname -r
2.6.32-34-generic
[eric@eric-Computer:epok$] ps -ef | grep udev
root       420     1  0 Oct27 ?        00:00:00 upstart-udev-bridge --daemon
root       422     1  0 Oct27 ?        00:00:00 udevd --daemon

如果 Linux 用户想更新 udev 包，可以从 下载并安装。

udev 的配置文件 (/etc/udev/udev.conf)

清单 3. Ubuntu10.04下 udev 的配置文件

[eric@eric-Computer:epok$] cat /etc/udev/udev.conf
# The initial syslog(3) priority: "err", "info", "debug" or its
# numerical equivalent. For runtime debugging, the daemons internal
# state can be changed with: "udevadm control --log-priority=".
udev_log="err"

udev_log：syslog记录日志的级别，默认值是 err。如果改为 info 或者 debug 的话，会有冗长的 udev 日志被记录下来。

实际上，除了配置文件里列出的参数 udev_log外，Linux 用户还可以修改参数 udev_root和 udev_rules，只不过这 2 个参数是不建议修改的，所以没显示在 udev.conf 里。

通过 udev 设定设备文件的权限

在Ubuntu 10.04 的 udev，已经没有权限文件，所有的权限都是通过规则文件 (*.rules)来设置，在下面的规则文件配置过程会介绍到。

udev 的规则和规则文件

规则文件是 udev 里最重要的部分，默认是存放在 /etc/udev/rules.d/下。所有的规则文件必须以“.rules”为后缀名。Ubuntu 10 有默认的规则文件，这些默认规则文件不仅为设备产生内核设备名称，还会产生标识性强的符号链接。例如：

[eric@eric-Computer:epok$] ls /dev/disk/by-uuid/
370b7b1f-a0f8-4063-b22d-53967a5842ae  90128369128352E0
5f63115c-02b8-49ef-97d1-393ec14a5b32  AA907551907524CB
62220013-a7b2-45fa-b4fa-57281c2928a2

但这些链接名较长，不易调用，所以通常需要自定义规则文件，以此产生易用且标识性强的设备文件或符号链接。

udev 按照规则文件名的字母顺序来查询全部规则文件，然后为匹配规则的设备管理其设备文件或文件链接。虽然 udev 不会因为一个设备匹配了一条规则而停止解析后面的规则文件，但是解析的顺序仍然很重要。通常情况下，建议让自己想要的规则文件最先被解析。比如，创建一个 名为 /etc/udev/rules.d/10-myrule.rules的文件，并把你的规则写入该文件，这样 udev 就会在解析系统默认的规则文件之前解析到你的文件。

KERNEL=="sda", NAME="my_root_disk", MODE="0660"

KERNEL 是匹配键，NAME 和 MODE 是赋值键。这条规则的意思是：如果有一个设备的内核设备名称为 sda，则该条件生效，执行后面的赋值：在 /dev下产生一个名为 my_root_disk的设备文件，并把设备文件的权限设为 0660。

通过这条简单的规则，大家应该对 udev 规则有直观的了解。但可能会产生疑惑，为什么 KERNEL 是匹配键，而 NAME 和 MODE 是赋值键呢？这由中间的操作符 (operator) 决定。

仅当操作符是“==”或者“!=”时，其为匹配键；若为其他操作符时，都是赋值键。

• Ubuntu 10 里 udev 规则的所有操作符：

  “==”：比较键、值，若等于，则该条件满足；

  “!=”： 比较键、值，若不等于，则该条件满足；

  “=”： 对一个键赋值；

  “+=”：为一个表示多个条目的键赋值。

  “:=”：对一个键赋值，并拒绝之后所有对该键的改动。目的是防止后面的规则文件对该键赋值。

• Ubuntu 10 里 udev 规则的匹配键

  ACTION： 事件 (uevent) 的行为，例如：add( 添加设备 )、remove( 删除设备 )。

  KERNEL： 内核设备名称，例如：sda, cdrom。

  DEVPATH：设备的 devpath 路径。

  SUBSYSTEM： 设备的子系统名称，例如：sda 的子系统为 block。

  BUS： 设备在 devpath 里的总线名称，例如：usb。

  DRIVER： 设备在 devpath 里的设备驱动名称，例如：ide-cdrom。

  ID： 设备在 devpath 里的识别号。

  SYSFS{filename}： 设备的 devpath 路径下，设备的属性文件“filename”里的内容。

  例如：SYSFS{model}==“ST936701SS”表示：如果设备的型号为 ST936701SS，则该设备匹配该 匹配键。

  在一条规则中，可以设定最多五条 SYSFS 的 匹配键。

  ENV{key}： 环境变量。在一条规则中，可以设定最多五条环境变量的 匹配键。

  PROGRAM：调用外部命令。

  RESULT： 外部命令 PROGRAM 的返回结果。例如：

PROGRAM=="/lib/udev/scsi_id -g -s $devpath", RESULT=="35000c50000a7ef67"

• 调用外部命令 /lib/udev/scsi_id查询设备的 SCSI ID，如果返回结果为 35000c50000a7ef67，则该设备匹配该 匹配键。

• Ubuntu 10 里 udev 的重要赋值键

  NAME：在 /dev下产生的设备文件名。只有第一次对某个设备的 NAME 的赋值行为生效，之后匹配的规则再对该设备的 NAME 赋值行为将被忽略。如果没有任何规则对设备的 NAME 赋值，udev 将使用内核设备名称来产生设备文件。

  SYMLINK：为 /dev/下的设备文件产生符号链接。由于 udev 只能为某个设备产生一个设备文件，所以为了不覆盖系统默认的 udev 规则所产生的文件，推荐使用符号链接。

  OWNER, GROUP, MODE：为设备设定权限。

  ENV{key}：导入一个环境变量。

• Ubuntu 10 里 udev 的值和可调用的替换操作符

  在键值对中的键和操作符都介绍完了，最后是值 (value)。Linux 用户可以随意地定制 udev 规则文件的值。例如：my_root_disk, my_printer。同时也可以引用下面的替换操作符：

  $kernel, %k：设备的内核设备名称，例如：sda、cdrom。

  $number, %n：设备的内核号码，例如：sda3 的内核号码是 3。

  $devpath, %p：设备的 devpath路径。

  $id, %b：设备在 devpath里的 ID 号。

  $sysfs{file}, %s{file}：设备的 sysfs里 file 的内容。其实就是设备的属性值。
  例如：$sysfs{size} 表示该设备 ( 磁盘 ) 的大小。

  $env{key}, %E{key}：一个环境变量的值。

  $major, %M：设备的 major 号。

  $minor %m：设备的 minor 号。

  $result, %c：PROGRAM 返回的结果。

  $parent, %P：父设备的设备文件名。

  $root, %r：udev_root的值，默认是 /dev/。

  $tempnode, %N：临时设备名。

  %%：符号 % 本身。

  $$：符号 $ 本身。

KERNEL=="sd*", PROGRAM="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", \
 RESULT=="35000c50000a7ef67", SYMLINK="%k_%c"

制定 udev 规则和查询设备信息的实例：

如何查找设备的信息 ( 属性 ) 来制定 udev 规则：

当我们为指定的设备设定规则时，首先需要知道该设备的属性，比如设备的序列号、磁盘大小、厂商 ID、设备路径等等。通常我们可以通过以下的方法获得：

• 查询sysfs文件系统：

  前面介绍过，sysfs 里包含了很多设备和驱动的信息。

  例如：设备 sda 的 SYSFS{size} 可以通过 cat /sys/block/sda/size得到；SYSFS{model} 信息可以通过 cat /sys/block/sda/device/model得到。

• udevadm命令：

  udevadm 可以查询 udev 数据库里的设备信息。

  
  
  清单 8. 通过 udevadm 查询设备属性的例子

[eric@eric-Computer:epok$] udevadm info --query=all --path=/sys/block/sda/
P: /devices/pci0000:00/0000:00:1f.2/host0/target0:0:0/0:0:0:0/block/sda
N: sda
W: 55
S: block/8:0
S: disk/by-id/ata-WDC_WD5000AAKX-001CA0_WD-WCAYUX405680
S: disk/by-id/scsi-SATA_WDC_WD5000AAKX-_WD-WCAYUX405680
S: disk/by-path/pci-0000:00:1f.2-scsi-0:0:0:0
S: disk/by-id/wwn-0x50014ee2b0b0304c
E: UDEV_LOG=3
E: DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:1f.2/host0/target0:0:0/0:0:0:0/block/sda
E: MAJOR=8
E: MINOR=0
E: DEVNAME=/dev/sda
E: DEVTYPE=disk
E: SUBSYSTEM=block
E: ID_ATA=1
E: ID_TYPE=disk
E: ID_BUS=ata
E: ID_MODEL=WDC_WD5000AAKX-001CA0
E: ID_MODEL_ENC=WDC\x20WD5000AAKX-001CA0\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20
E: ID_REVISION=15.01H51
E: ID_SERIAL=WDC_WD5000AAKX-001CA0_WD-WCAYUX405680
E: ID_SERIAL_SHORT=WD-WCAYUX405680
E: ID_ATA_WRITE_CACHE=1
E: ID_ATA_WRITE_CACHE_ENABLED=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_HPA=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_HPA_ENABLED=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_PM=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_PM_ENABLED=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_SECURITY=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_SECURITY_ENABLED=0
E: ID_ATA_FEATURE_SET_SECURITY_ERASE_UNIT_MIN=90
E: ID_ATA_FEATURE_SET_SECURITY_ENHANCED_ERASE_UNIT_MIN=90
E: ID_ATA_FEATURE_SET_SECURITY_FROZEN=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_SMART=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_SMART_ENABLED=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_PUIS=1
E: ID_ATA_FEATURE_SET_PUIS_ENABLED=0
E: ID_ATA_DOWNLOAD_MICROCODE=1
E: ID_ATA_SATA=1
E: ID_ATA_SATA_SIGNAL_RATE_GEN2=1
E: ID_ATA_SATA_SIGNAL_RATE_GEN1=1
E: ID_WWN=0x50014ee2b0b0304c
E: ID_WWN_WITH_EXTENSION=0x50014ee2b0b0304c
E: ID_SCSI_COMPAT=SATA_WDC_WD5000AAKX-_WD-WCAYUX405680
E: ID_PATH=pci-0000:00:1f.2-scsi-0:0:0:0
E: ID_PART_TABLE_TYPE=dos
E: UDISKS_PRESENTATION_NOPOLICY=0
E: UDISKS_PARTITION_TABLE=1
E: UDISKS_PARTITION_TABLE_SCHEME=mbr
E: UDISKS_PARTITION_TABLE_COUNT=6
E: UDISKS_ATA_SMART_IS_AVAILABLE=1
E: DEVLINKS=/dev/block/8:0 /dev/disk/by-id/ata-WDC_WD5000AAKX-001CA0_WD-WCAYUX405680 /dev/disk/by-id/scsi-SATA_WDC_WD5000AAKX-_WD-WCAYUX405680 /dev/disk/by-path/pci-0000:00:1f.2-scsi-0:0:0:0 /dev/disk/by-id/wwn-0x50014ee2b0b0304c

udev 的简单规则：

SUBSYSTEM=="net", SYSFS{address}=="AA:BB:CC:DD:EE:FF", NAME="public_NIC"

SUBSYSTEM=="block", SYSFS{size}=="71096640", SYMLINK ="my_disk"

KERNEL=="sd*[0-9]", PROGRAM=="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", \
 RESULT=="35000c50000a7ef67", NAME +="root_disk%n"

该规则表示：如果存在设备的内核设备名称是以 sd 开头 ( 磁盘设备 )，以数字结尾 ( 磁盘分区 )，并且通过外部命令查询该设备的 SCSI_ID 号为“35000c50000a7ef67”，则产生一个以 root_disk 开头，内核号码结尾的设备文件，并替换原来的设备文件（如果存在的话）。例如：产生设备名 /dev/root_disk2，替换原来的设备名 /dev/sda2。

运用这条规则，可以在 /etc/fstab里保持系统分区名称的一致性，而不会受驱动加载顺序或者磁盘标签被破坏的影响，导致操作系统启动时找不到系统分区。

其他常用的 udev 命令：

udevtest:

udevtest会针对一个设备，在不需要 uevent 触发的情况下模拟一次 udev的运行，并输出查询规则文件的过程、所执行的行为、规则文件的执行结果。通常使用 udevtest来调试规则文件。以下是一个针对设备 sda 的 udevtest例子。由于 udevtest是扫描所有的规则文件 ( 包括系统自带的规则文件 )，所以会产生冗长的输出。为了让读者清楚地了解 udevtest，本例只在规则目录里保留一条规则：

清单 13. 为 udevtest 保留的规则

KERNEL=="sd*", PROGRAM="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", RESULT=="35000c50000a7ef67", \
 NAME="root_disk%n", SYMLINK="symlink_root_disk%n"

清单 14. udevtest 的执行过程

udevtest /block/sda
 main: looking at device '/block/sda' from subsystem 'block'
 run_program: '/lib/udev/scsi_id -g -s /block/sda'
 run_program: '/lib/udev/scsi_id' (stdout) '35000c50000a7ef67'
 run_program: '/lib/udev/scsi_id' returned with status 0
 udev_rules_get_name: reset symlink list
 udev_rules_get_name: add symlink 'symlink_root_disk'
 udev_rules_get_name: rule applied, 'sda' becomes 'root_disk'
 udev_device_event: device '/block/sda' already in database, \
                  validate currently present symlinks
 udev_node_add: creating device node '/dev/root_disk', major = '8', \
            minor = '0', mode = '0660', uid = '0', gid = '0'
 udev_node_add: creating symlink '/dev/symlink_root_disk' to 'root_disk

可以看出，udevtest对 sda 执行了外部命令 scsi_id, 得到的 stdout 和规则文件里的 RESULT 匹配，所以该规则匹配。然后 ( 模拟 ) 产生设备文件 /dev/root_disk和符号链接 /dev/symlink_root_disk，并为其设定权限。 start_udev:

start_dev命令重启 udev守护进程，并对所有的设备重新查询规则目录下所有的规则文件，然后执行所匹配的规则里的行为。通常使用该命令让新的规则文件立即生效：

清单 15. start_udev 的执行过程

start_udev
 Starting udev:                                             [  OK  ]

start_udev一般没有标准输出，所有的 udev 相关信息都按照配置文件 (udev.conf)的参数设置，由 syslog记录。

udev 是高效的设备管理工具，其最大的优势是动态管理设备和自定义设备的命名规则，因此替代 devfs 成为 Linux 默认的设备管理工具。通过阅读本文，Linux 用户能够了解到 udev 的工作原理和流程，灵活地运用 udev 规则文件，从而方便地管理 Linux 设备文件。