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2012-07-05 11:30:16
原文地址：内核通知链原理及机制 作者：
一、概念：
大多数内核子系统都是相互独立的，因此某个子系统可能对其它子系统产生的事件感兴趣。为了满足这个需求，也即是让某个子系统在发生某个事件时通知其它的子系统，Linux内核提供了通知链的机制。通知链表只能够在内核的子系统之间使用，而不能够在内核与用户空间之间进行事件的通知。通知链表是一个函数链表，链表上的每一个节点都注册了一个函数。当某个事情发生时，链表上所有节点对应的函数就会被执行。所以对于通知链表来说有一个通知方与一个接收方。在通知这个事件时所运行的函数由被通知方决定，实际上也即是被通知方注册了某个函数，在发生某个事件时这些函数就得到执行。其实和系统调用signal的思想差不多。
二、数据结构：
通知链有四种类型：
struct atomic_notifier_head |
struct blocking_notifier_head |
struct raw_notifier_head |
struct srcu_notifier_head |
通知链的核心结构：
struct notifier_block |
其中notifier_call是通知链要执行的函数指针，next用来连接其它的通知结构，priority是这个通知的优先级，同一条链上的notifier_block{}是按优先级排列的。内核代码中一般把通知链命名为xxx_chain,xxx_nofitier_chain这种形式的变量名。
三、运作机制：
通知链的运作机制包括两个角色：
包括以下过程：
被通知者调用 notifier_chain_register函数注册回调函数，该函数按照优先级将回调函数加入到通知链中：
static int notifier_chain_register(structnotifier_block **nl, struct notifier_block *n) |
注销回调函数则使用 notifier_chain_unregister函数，即将回调函数从通知链中删除：
static int notifier_chain_unregister(structnotifier_block **nl, struct notifier_block *n) |
通知者调用 notifier_call_chain函数通知事件的到达，这个函数会遍历通知链中所有的元素，然后依次调用每一个的回调函数（即完成通知动作）：
static int __kprobes notifier_call_chain(structnotifier_block **nl, unsigned long val, void *v, int nr_to_call,int *nr_calls) |
参数nl是通知链的头部，val表示事件类型，v用来指向通知链上的函数执行时需要用到的参数，一般不同的通知链，参数类型也不一样，例如当通知一个网卡被注册时，v就指向net_device结构，nr_to_call表示准备最多通知几个，-1表示整条链都通知，nr_calls非空的话，返回通知了多少个。
每个被执行的notifier_block回调函数的返回值可能取值为以下几个：
Notifier_call_chain()把最后一个被调用的回调函数的返回值作为它的返回值。
四、举例应用：
在这里，写了一个简单的通知链表的代码。实际上，整个通知链的编写也就两个过程：
这里将第一个过程分成了两步来写，第一步是定义了头节点和一些自定义的注册函数（针对该头节点的），第二步则是使用自定义的注册函数注册了一些通知链节点。分别在代码buildchain.c与regchain.c中。发送通知信息的代码为notify.c。
代码1buildchain.c。它的作用是自定义一个通知链表test_chain，然后再自定义两个函数分别向这个通知链中加入或删除节点，最后再定义一个函数通知这个test_chain链：
#include |
代码2 regchain.c。该代码的作用是将test_notifier1test_notifier2test_notifier3这三个节点加到之前定义的test_chain这个通知链表上，同时每个节点都注册了一个函数：
#include |
代码3notify.c。该代码的作用就是向test_chain通知链中发送消息，让链中的函数运行：
#include |
Makefile文件：
obj-m:=buildchain.o regchain.o notify.o |
运行（注意insmod要root权限）：
make |
这样就可以看到通知链运行的效果了：
init_notifier |
附：
以下是一些宏来初始化各种类型的通知头结构, 一般在程序中使用:
#define ATOMIC_INIT_NOTIFIER_HEAD(name) do{ \
spin_lock_init(&(name)->lock); \
(name)->head =NULL; \
} while (0)
#define BLOCKING_INIT_NOTIFIER_HEAD(name) do{ \
init_rwsem(&(name)->rwsem); \
(name)->head =NULL; \
} while (0)
#define RAW_INIT_NOTIFIER_HEAD(name) do{ \
(name)->head =NULL; \
} while (0)
以下这些宏也是用来初始化各种类型的通知头结构,但是在参数定义时使用（即作为赋值的右半部分，作为等号右边的部分）:
#define ATOMIC_NOTIFIER_INIT(name){ \
.lock =__SPIN_LOCK_UNLOCKED(name.lock), \
.head = NULL }
#define BLOCKING_NOTIFIER_INIT(name){ \
.rwsem =__RWSEM_INITIALIZER((name).rwsem), \
.head = NULL }
#defineRAW_NOTIFIER_INIT(name) { \
.head = NULL }
注意, 没有定义scru通知头结构的初始化, 因为scru是不能静态初始化的.
以下这些宏用来直接定义通知头结构:
#defineATOMIC_NOTIFIER_HEAD(name) \
struct atomic_notifier_head name= \
ATOMIC_NOTIFIER_INIT(name)
#defineBLOCKING_NOTIFIER_HEAD(name) \
struct blocking_notifier_head name= \
BLOCKING_NOTIFIER_INIT(name)
#defineRAW_NOTIFIER_HEAD(name) \
struct raw_notifier_head name= \
RAW_NOTIFIER_INIT(name)
4. 扩展的通知块操作
扩展的通知块操作功能和基本通知块类似, 但使用了扩展的结构中的参数保证操作的安全
4.1 原子通知块
4.1.1 登记
// 只是在基本通知登记操作前后加锁解锁进行保护
int atomic_notifier_chain_register(struct atomic_notifier_head*nh,
struct notifier_block *n)
{
unsigned long flags;
int ret;
// 加锁
spin_lock_irqsave(&nh->lock,flags);
ret =notifier_chain_register(&nh->head,n);
// 解锁
spin_unlock_irqrestore(&nh->lock,flags);
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(atomic_notifier_chain_register);
4.1.2 撤销
// 只是在基本通知块撤销操作前后加锁解锁进行保护
int atomic_notifier_chain_unregister(struct atomic_notifier_head*nh,
struct notifier_block *n)
{
unsigned long flags;
int ret;
// 加锁
spin_lock_irqsave(&nh->lock,flags);
ret =notifier_chain_unregister(&nh->head,n);
// 解锁
spin_unlock_irqrestore(&nh->lock,flags);
// 同步rcu, 等待一个grace period
synchronize_rcu();
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(atomic_notifier_chain_unregister);
4.1.3 原子回调
这个函数是在原子操作上下文中调用, 是不能阻塞的
int __kprobes atomic_notifier_call_chain(structatomic_notifier_head *nh,
unsigned long val, void*v)
{
int ret;
// 禁止了抢占
rcu_read_lock();
// 使用基本通知块回调
ret =notifier_call_chain(&nh->head, val,v);
// 允许抢占
rcu_read_unlock();
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(atomic_notifier_call_chain);
4.2 可阻塞通知块
4.2.1 登记
int blocking_notifier_chain_register(structblocking_notifier_head *nh,
struct notifier_block *n)
{
int ret;
// 这是内核启动时就进行调用了, 虽然可能性很小, 直接执行基本登记函数
// 不用处理信号灯, 因为此时是不能阻塞
if (unlikely(system_state ==SYSTEM_BOOTING))
returnnotifier_chain_register(&nh->head,n);
// 使用信号灯进行同步, 可能阻塞
down_write(&nh->rwsem);
// 基本登记函数
ret =notifier_chain_register(&nh->head,n);
up_write(&nh->rwsem);
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(blocking_notifier_chain_register);
4.2.2 撤销
该函数是在进程处理过程中调用,可阻塞:
int blocking_notifier_chain_unregister(structblocking_notifier_head *nh,
struct notifier_block *n)
{
int ret;
// 这是内核启动时就进行调用了, 虽然可能性很小, 直接执行基本撤销函数
// 不用处理信号灯, 因为此时是不能阻塞
if (unlikely(system_state ==SYSTEM_BOOTING))
returnnotifier_chain_unregister(&nh->head,n);
// 使用信号灯进行同步, 可能阻塞
down_write(&nh->rwsem);
// 基本撤销函数
ret =notifier_chain_unregister(&nh->head,n);
up_write(&nh->rwsem);
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(blocking_notifier_chain_unregister);
4.2.3 回调
在进行上下文中调用, 可以阻塞:
int blocking_notifier_call_chain(struct blocking_notifier_head*nh,
unsigned long val, void*v)
{
int ret;
// 信号灯同步
down_read(&nh->rwsem);
// 进行基本回调处理
ret =notifier_call_chain(&nh->head, val,v);
up_read(&nh->rwsem);
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(blocking_notifier_call_chain);
4.3 原始通知块操作
和基本原始块操作完全相同:
int raw_notifier_chain_register(struct raw_notifier_head *nh,
struct notifier_block *n)
{
returnnotifier_chain_register(&nh->head,n);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(raw_notifier_chain_register);
int raw_notifier_chain_unregister(structraw_notifier_head *nh,
struct notifier_block *n)
{
returnnotifier_chain_unregister(&nh->head,n);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(raw_notifier_chain_unregister);
int raw_notifier_call_chain(struct raw_notifier_head *nh,
unsigned long val, void*v)
{
returnnotifier_call_chain(&nh->head, val,v);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(raw_notifier_call_chain);
4.4 SRCU通知块操作
4.4.1 登记
必须在进程的上下文中调用, 和blocking通知类似
int srcu_notifier_chain_register(structsrcu_notifier_head *nh,
struct notifier_block *n)
{
int ret;
if (unlikely(system_state ==SYSTEM_BOOTING))
returnnotifier_chain_register(&nh->head,n);
mutex_lock(&nh->mutex);
ret =notifier_chain_register(&nh->head,n);
mutex_unlock(&nh->mutex);
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(srcu_notifier_chain_register);
4.4.2 撤销
必须在进程的上下文中调用, 和blocking通知类似
int srcu_notifier_chain_unregister(structsrcu_notifier_head *nh,
struct notifier_block *n)
{
int ret;
if (unlikely(system_state ==SYSTEM_BOOTING))
returnnotifier_chain_unregister(&nh->head,n);
mutex_lock(&nh->mutex);
ret =notifier_chain_unregister(&nh->head,n);
mutex_unlock(&nh->mutex);
synchronize_srcu(&nh->srcu);
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(srcu_notifier_chain_unregister);
4.4.3 回调
在进程的上下文中调用, 可以阻塞:
int srcu_notifier_call_chain(structsrcu_notifier_head *nh,
unsigned long val, void*v)
{
int ret;
int idx;
// 使用srcu读锁来加锁
idx =srcu_read_lock(&nh->srcu);
ret =notifier_call_chain(&nh->head, val,v);
srcu_read_unlock(&nh->srcu,idx);
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(srcu_notifier_call_chain);
4.4.4 初始化
因为SRCU通知不能通过宏来初始化,必须要专门定义一个初始化函数来初始化srcu的通知块参数:
void srcu_init_notifier_head(structsrcu_notifier_head *nh)
{
// 初始化锁
mutex_init(&nh->mutex);
// 初始化scru结构
if(init_srcu_struct(&nh->srcu)< 0)
BUG();
nh->head = NULL;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(srcu_init_notifier_head);
