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2013年(10)

2012年(80)

分类: LINUX

2013-01-18 12:30:54

本文转载地址:http://bbs.chinaunix.net/thread-3678367-1-1.html

本人CU博客中的文章,本来是希望CU给推荐到首页的,结果周五不知道CU博客出了啥问题,居然没什么更新。所以我干脆把再把它放到这里,因为话题涉及设备驱动模块自动加载,本版已经有同学问过这方面的问题。


热插拔(hotplug,打这个词的时候我常常想到热干面)不一定非要指类似U盘那样的插入拔出,此处的热插拔广义上讲,是指一个设备加入系统,内核如何通知用户空间。举个简单的例子,如果你的电脑中有块PCI网卡,针对该网卡的驱动程序以内核模块的形式被编译(obj-m),那么Linux系统在启动过程中是如何自动加载该网卡的驱动模块呢?大家都知道现在udev负责干这事,其实除了udev,还可以有其他的手法,你自己就可以这样做。

我们先讨论udev,udev最关键的东西是当系统发现一个设备时,它要能够被通知该事件,一旦它知道了这件事,那么余下的事情就都好说了,无非是个如何查找模块并加载的过程。所以我们看到,这里的关键是热插拔事件的通知机制。Linux的设备模型为此提供了非常完美的支持,其原理其实发源于kset这一层,对此在《深入Linux设备驱动程序内核机制》一书中有详细的描述,虽然这部分看起来蛮复杂,貌似挺能吓唬住一些新手,其实说白了,要点就是通过sysfs建立关系,沟通内核与用户空间,然后就是uevent,也就是下面要说的热插拔事件

当然设备驱动程序一般不会和这些太底层的kobject/kset家伙打交道,因为更高层次的device,bus和driver把kobject/kset那一层的细节实现都给封装了起来。所以设备热插拔的uevent事件最终的源头来自于device_add,本帖这里肯定不会讨论device与driver如何绑定那一摊子事情。下面看看device_add的源码,是如何实现uevent机制的:

    
    int device_add(struct device *dev)
    {
          ...
          kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);
          ...
    }
热插拔的核心实现就那一个函数调用,这里device_add对应的是KOBJ_ADD,那么移除设备自然对应KOBJ_REMOVE了。kobject_uevent函数最终调用的是kobject_uevent_env,后者才是真正干事的伙计。
下面给出kobject_uevent_env函数的核心框架:


    int kobject_uevent_env(struct kobject *kobj, enum kobject_action action,
                           char *envp_ext[])
    {
            ...
    #if defined(CONFIG_NET)
            /* send netlink message */
            ...
    #endif

            /* call uevent_helper, usually only enabled during early boot */
            if (uevent_helper[0] && !kobj_usermode_filter(kobj)) {
                    char *argv [3];

                    argv [0] = uevent_helper;
                    argv [1] = (char *)subsystem;
                    argv [2] = NULL;
                    retval = add_uevent_var(env, "HOME=/");
                    if (retval)
                            goto exit;
                    retval = add_uevent_var(env,
                                            "PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin");
                    if (retval)
                            goto exit;

                    retval = call_usermodehelper(argv[0], argv,
                                                 env->envp, UMH_WAIT_EXEC);
            }

            ...
    }
怎么样,够简洁吧,其实看实际的代码比这要郁闷地多,不过骨架清晰就行了。代码中的netlink message就不用多说了吧,给udev发通知用(有时间的话可以分析分析udev的代码)。本帖重点讨论后半段的if (uevent_helper[0] && !kobj_usermode_filter(kobj))代码,这里的核心调用是call_usermodehelper,这个函数最有意思的地方就在于在内核空间调用用户空间的程序,它的详细实现机制在书中已经讲得很多,这里就不再赘述了。call_usermodehelper在kobject_uevent_env函数中要调用的用户空间程序由uevent_helper[0]来指定,所以如果我们能控制这个uevent_helper[0],就能接收到设备加入系统移出系统等事件。那个if中的kobj_usermode_filter条件一般都会满足(除非这是个特别注意个人隐私的设备,那就不好说了,人家偷偷加入系统就是不想让你知道你也没有办法,但是udev还是能知道的)。

下面看看uevent_helper[0]来自何处:


    
    char uevent_helper[UEVENT_HELPER_PATH_LEN] = CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH;

貌似要通过内核配置来指定,我看了一下我系统中Linux目录下的.config文件,找到了下面这行: 



#
# Generic Driver Options
#
CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH=""


丫的,居然没指定,那么uevent_helper[0]="",这样的话我们在kobject_uevent_env函数中的那个if语句就没法满足了,看来要重新配置再编译内核了。不过想想sysfs这么强大,内核开发的那帮人好歹给留个用户空间的接口出来吧,一查看还真有:

    static ssize_t uevent_helper_store(struct kobject *kobj,
                                       struct kobj_attribute *attr,
                                       const char *buf, size_t count)
    {
            if (count+1 > UEVENT_HELPER_PATH_LEN)
                    return -ENOENT;
            memcpy(uevent_helper, buf, count);
            uevent_helper[count] = '\0';
            if (count && uevent_helper[count-1] == '\n')
                    uevent_helper[count-1] = '\0';
            return count;
    }

有个uevent_helper文件不是?那么我们现在可以把我们用户空间的程序给打进去了,我打算做个最简单的脚本/sbin/myhotplug,这个脚本只干一件事,在/home/dennis目录下生成一个hotplug文件:


    #!/bin/sh
    cd /home/dennis
    touch hotplug

然后把这个脚本程序的文件名给打入到内核空间的uevent_helper[0]上: 


    root@build-server:/sys/kernel# echo "/sbin/myhotplug" > uevent_helper
    root@build-server:/sys/kernel# cat uevent_helper
    /sbin/myhotplug

好了,现在检查一下你的/home/dennis目录下面有没有hotplug这个文件,有的话就删掉,否则怎么知道是新生成的呢。现在,找个U盘插到你的电脑里,然后再看一下/home/dennis目录,有个hotplug文件对吧?如果你现在删除这个文件,再把U盘给拔了,你会再次发现这个文件。这意味着什么,意味着你可以轻而易举地捕捉到设备加入/移出系统等事件,如果你的脚本足够智能,那么你就会想到很多很有创意的玩法对吧?

最后,对于PCI设备而言,Linux系统在启动过程中会扫描系统中所有PCI设备,对发现的每一个设备都会调用device_add函数,正如你前面看到的那样,udev将会被通知,它负责找到对应的驱动模块并加载。当然,如果你愿意,你也可以去捕捉这些事件。



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