Udev 基本工作原理

Udev 基本工作原理 

  Udev相关的文章很多，本文的主要目的不是提供一个完整的教学文档，对其使用，只是给出网上现有的主要资源。着重分析其基本工作原理连同在使用中碰到的一些README文档没有明确说明的问题。

1         基本概念
udev文档系统是针对2.6内核，提供一个基于用户空间的动态设备节点管理和命名的解决方案，网上关于为什么要使用udev文档系统，udev文档系统和devfs文档系统的比较，等等的文章已很多了，假如您想了解这方面的内容，请直接搜索相关的关键字。

udev的官方网址：http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/udev.html
src code的下载地址：

此外，关于udev的rules规则的撰写，网上也有很多文章，假如要获得最准确的版本，能够在src code的代码树里找到writing_udev_rules的帮助文档，这个文档其实没有逐条介绍rules的任何关键字，能够结合man udev 和 udev自带的一些rules文档来理解如何撰写您所需要的规则文档。

2         安装和启动

2.1        安装
Udev的代码树里的版本很多，我下载的最新的版本是udev-117，配合2.6.21版本的内核能够正常使用。网上很多文章介绍的可能都是稍微早期一些的版本，有些步骤包括udev的README文档似乎描述的不是很准确。
基本上这个版本的udev需要注意的是，安装时只需要udevd，udevadm两个文档，其他必需的包括udevtrigger等只是udevadm的一个符号链接。udevstart不是必需的。当然Udev.conf等配置文档还是相同。

2.2        启动
您能够在启动脚本中用udevd –d 参数启动udev文档系统的守护进程，然后使用udevtrigger将buildin的设备驱动的节点创建出来，以后模块插入移除时节点的管理会自动处理。

能够正常加载udev的前提，基本包括如下操作：
       配置路径变量
      加载sysfs文档系统
      加载一个基于ram的可写的/dev目录（其实，只要提供一个可写的目录即可，目录路径本身也是能够配置的）
    /dev目录下需要有已创建好的 console节点和null节点
脚本类似：
# Set the path
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
export PATH
# mount proc and devpts filesystem
/bin/mount -a
mknod /dev/console c 5 1
mknod /dev/null c 1 3
/sbin/udevd -d
/sbin/udevtrigger
Mount使用的fstab文档类似：
none                    /tmp                    ramfs   defaults        0 0
udev                    /dev                    ramfs   defaults        0 0
none                    /proc                   proc    defaults        0 0
sysfs                   /sys                    sysfs   defaults        0 0
当然，您的系统上可能还会需要预先创建一些其他的设备节点，比如串口的ttySx 才能正常启动shell，完成以上脚本的执行，那就要看具体情况了。

3         使用中的一些问题的思考

3.1        关于规则的多次匹配
帮助文档中说一个设备能够被多条规则多次匹配，但是，需要明确的一点是：
多次匹配只能添加多个Symlink，不能创建多个Name：
例如：
KERNEL=="mtdblock4", NAME+="mtdbb4"
KERNEL=="mtdblock4", NAME+="%k"
就只会创建 /dev/mtdbb4 而不会创建/dev/mtdblock4
而类似：
KERNEL=="mtdblock4", NAME+="mtdbb4"
KERNEL=="mtdblock4", SYMLINK+="mtdbb4link"
是能够正常工作的。

3.2        关于udev.conf的语法
可能大家会发现，似乎没有什么周详文档描述udev.conf的写法，实际上从udevd的代码里能够看出：
udev.conf文档里面只会解析这三个参数：
udev_root 定义udev的目录路径
udev_rules 定义udev的规则文档的目录路径
udev_log 定义log的级别
也许以后会添加一些别的配置参数？

4         基本工作原理方面的问题
这部分主要是分析了一下udev的source code，对一些自己关心的问题的理解

4.1        Udevd如何获取内核的这些模块动态变化的信息
设备节点的创建，是通过sysfs接口分析dev文档取得设备节点号，这个很显而易见。那么udevd是通过什么机制来得知内核里模块的变化情况，如何得知设备的插入移除情况呢？当然是通过hotplug机制了，那 hotplug又是怎么实现的？或说内核是如何通知用户空间一个事件的发生的呢？
答案是通过netlink socket通讯，在内核和用户空间之间传递信息。
内核调用kobject_uevent函数发送netlink message给用户空间，这部分工作通常无需驱动去自己处理，在统一设备模型里面，在子系统这一层面，已将这部分代码处理好了，包括在设备对应的特定的 Kobject创建和移除的时候都会发送相应add和remove消息，当然前提是您在内核中配置了hotplug的支持。
Netlink socket作为一种内核和用户空间的通信方式，不但仅用在hotplug机制中，同样还应用在其他很多真正和网络相关的内核子系统中。
Udevd通过标准的socket机制，创建socket连接来获取内核广播的uevent事件 并解析这些uevent事件。

4.2        Udevd如何监控规则文档的变更
假如内核版本足够新的话，在规则文档发生变化的时候，udev也能够自动的重新应用这些规则，这得益于内核的inotify机制， inotify是一种文档系统的变化通知机制，如文档增加、删除等事件能够立即让用户态得知。
在udevd中，对inotify和udev的netlink socket文档描述符都进行了select的等待操作。有事件发生以后再进一步处理。

4.3        Udevtrigger的工作机制？
运行udevd以后，使用udevtrigger的时候，会把内核中已存在的设备的节点创建出来，那么他是怎么做到这一点的？ 分析udevtrigger的代码能够看出：
udevtrigger通过向/sysfs 文档系统下现有设备的uevent节点写"add"字符串，从而触发uevent事件，使得udevd能够接收到这些事件，并创建buildin的设备驱动的设备节点连同任何已insmod的模块的设备节点。
所以，我们也能够手工用命令行来模拟这一过程：
/ # echo "add" > /sys/block/mtdblock2/uevent
/ #
/ # UEVENT[178.415520] add      /block/mtdblock2 (block)
但是，进一步看代码，您会发现，实际上，不管您往uevent里面写什么，都会触发add事件，这个从kernel内部对uevent属性的实现函数能够看出来，默认的实现是：
static ssize_t store_uevent(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
                         const char *buf, size_t count)
{
       kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);
       return count;
}
所以不管写的内容是什么，都是触发add操作，真遗憾，我还想通过这个属性实验remove的操作。 不知道这样限制的原因是什么。
而udevstart的实现方式和udevtrigger就不同了，他基本上是重复实现了udevd里面的机制，通过遍历sysfs，自己完成设备节点的创建，不通过udevd来完成。

4.4        其他
      udevd创建每一个节点的时候，都会fork出一个新的进程来单独完成这个节点的创建工作。
      Uevent_seqnum 用来标识当前的uevent事件的序号（已产生了多少uevent事件），您能够通过如下操作来查看：
$ cat /sys/kernel/uevent_seqnum
2673