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2012-08-20 15:31:58

热插拔(hotplug)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:


  1. <drivers/base/core.c>
  2. int device_add(struct device *dev)
  3. {
  4.       ...
  5.       kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);
  6.       ...
  7. }
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:


  1. int kobject_uevent_env(struct kobject *kobj, enum kobject_action action,
  2.                        char *envp_ext[])
  3. {
  4.         ...
  5. #if defined(CONFIG_NET)
  6.         /* send netlink message */
  7.         ...
  8. #endif

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

  12.                 argv [0] = uevent_helper;
  13.                 argv [1] = (char *)subsystem;
  14.                 argv [2] = NULL;
  15.                 retval = add_uevent_var(env, "HOME=/");
  16.                 if (retval)
  17.                         goto exit;
  18.                 retval = add_uevent_var(env,
  19.                                         "PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin");
  20.                 if (retval)
  21.                         goto exit;

  22.                 retval = call_usermodehelper(argv[0], argv,
  23.                                              env->envp, UMH_WAIT_EXEC);
  24.         }

  25.         ...
  26. }

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:

  1. <lib/kobject_uevent.c>
  2. 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:

  1. <linux-3.1.6/.config>
  2. #
  3. # Generic Driver Options
  4. #
  5. 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:

  1. static ssize_t uevent_helper_store(struct kobject *kobj,
  2.                                    struct kobj_attribute *attr,
  3.                                    const char *buf, size_t count)
  4. {
  5.         if (count+1 > UEVENT_HELPER_PATH_LEN)
  6.                 return -ENOENT;
  7.         memcpy(uevent_helper, buf, count);
  8.         uevent_helper[count] = '\0';
  9.         if (count && uevent_helper[count-1] == '\n')
  10.                 uevent_helper[count-1] = '\0';
  11.         return count;
  12. }
尼玛,爽得简直是一塌糊涂,虽然俺那台马力强劲的机器编个全新的内核不过几分钟的事情,但是哪里有上面这个方法爽啊。马上进入到/sys/kernel目录下ls一把,截屏如下(点击放大):



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:


  1. #!/bin/sh
  2. cd /home/dennis
  3. 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:
  1. root@build-server:/sys/kernel# echo "/sbin/myhotplug" > uevent_helper
  2. root@build-server:/sys/kernel# cat uevent_helper
  3. /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。

(原文首发:,略有改动)

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