Udev 内核机制(kobject_uevent) 性能优化

前言

这两天遇到一些 udev 的问题， 顺便阅读了一下文档(见参考文档)， 基本了解了 udev 的机制。 嵌入式系统性能很重要，于是对内核这一块进行了性能方面的研究。

内核大概20多处会调用了 kobject_uevent 函数发送 KOBJ_ADD / KOBJ_REMOVE 等事件。其中我们最关心的就是在device_add/device_del 中向用户空间发送设备的添加、删除信息。

kobject_uevent 直接调用 kobject_uevent_env 函数完成功能， 我们先分析一下该函数的流程。

kobject_uevent_env调用流程 （内核版本 2.6.21）

1. kobject_uevent_env首先搜索 kobject 所属的 kset, 获得->uevent_ops，类型为kset_uevent_ops （系统一共有block_uevent_ops  memory_uevent_ops  device_uevent_ops  class_uevent_ops  module_uevent_ops ）这几大类 kset_uevent_ops,我们这里主要看device_uevent_ops。
2. 如果 uevent_ops 有 filter 成员函数， 则调用该函数， 如果filter函数返回非0， 则失败，结束流程。device_uevent_ops 的 filter函数为 dev_uevent_filter, 它的过滤条件为该设备的总线(bus) 或者类 (class) 非空。
3. 为 envp分配一个大小为  32 的数组, 用于存储环境变量指针，为 buffer 分配一个大小为 2048 的数组，用于存储环境变量内容。
4. 初始化环境变量， 包括 HOME PATH ACTION DEVPATH SUBSYSTEM 等
5. 如果 uevent_ops 有 uevent 函数，则调用该函数， 如果uevent函数返回非0， 则失败，结束流程。device_uevent_ops 的 uevent 函数为dev_uevent，它的流程为：
   1. 添加主次设备号到环境变量
   2. 添加 driver 的名称到环境变量
   3. 如果设备所属总线 (dev->bus)有 uevent函数， 则调用它。如失败，结束流程
   4. 如果设备所属类 (dev->class)有 uevent函数， 则调用它。如失败，结束流程。 （象函数_request_firmware ()中,有两次调用kobject_uevent函数，其中第一次在class 的 uevent函数firmware_uevent中，测试 FW_STATUS_READY位失败而返回）。
   5. 如果设备所属类型 (dev->type)有 uevent函数， 则调用它。如失败，结束流程. (搜索了一下， 这个field 在整个内核里基本没有使用)
   6. 注意每个 uevent 函数都有机会添加环境变量以及出错返回，结束uevent传递。
6. 递增 uevent 序列号uevent_seqnum（可以通过 cat /sys/kernel/uevent_seqnum 查看）。
7. 如果定义了 CONFIG_NET 通过 netlink 将事件以及环境变量发送出去。
8. 如果uevent_helper 非空， 则调用该函数。uevent_helper 的缺省值为: "/sbin/hotplug" 应该在用户层调用：echo "" > /sys/kernel/uevent_helper 来取消该此调用。

性能数据统计

我们通过高精度定时器(一个 3.25M 的timer)来统计 kobject_uevent 的时间花费:

1. 还没有进入用户空间时，内核调用了 kobject_uevent 244次， 平均每次 289us, 总共70ms（由于每次需要调用并不存在的 /sbin/hotplug, 时间比较长。
2. 进入用户空间后，调用  udevtrigger, 开始15次 kobject_uevent 调用平均每次 6249us, 总共93ms (很奇怪，需要深入研究一下)。
3. 然后 181 次 kobject_uevent 调用平均每次 47us, 总共 8ms。

优化方案:

考虑到：

1. 还没有进入用户空间时发出的 uevent看似丢失了！可以不发出
2. /sbin/hotplug 在使用 netlink 时永远没有必要调用！可以删除

我们可以：

1. 删除调用/sbin/hotplug的代码
2. 在uevent_helper 非空时不真正发出 uevent

这样，在进入用户空间之前，我们的uevent机制不会做任何事情，只有用户空间调用

echo "" > /sys/kernel/uevent_helper

后， uevent 才会被真正发送到netlink.

 

实践证明系统运行良好。

udev 参考文档

Writing udev rules

http://reactivated.net/writing_udev_rules.html

udev文件系统的使用和基本工作原理分析

http://blog.csdn.net/colorant/archive/2008/01/09/2031721.aspx

udev的实现原理

http://blog.csdn.net/absurd/archive/2007/04/27/1587938.aspx