2016年（80）
分类： LINUX
2016-03-23 14:29:38
原文地址：udev实现原理 作者：zhenchengjin
关于这个规则，有一篇很经典的英文说明 http://www.reactivated.net/writing_udev_rules.html
udev是一种Linux2.6内核采用的/dev 目录的管理系统，它通过从sysfs获得的信息，可以提供对特定设备的固定的设备名。
sysfs是 2.6内核的一种新型文件系统，它提供了当前设备的基本信息。
udev的一个重要目的就是提供固定的设备名，像我们刚才碰到的情况，如果ms插入系统，系统能使用固定的设备名
（例如/dev/ms） CF卡插入系统，使用/dev/cf，就可以很方便的解决我们需要到的困难。
/etc/udev/rules.d/ 下面的文件根据字母的顺序来解析，一般udev当找到满足它条件的说明项后就会终于解析过程，
因为为了使用我们的配置优先于系统的默认值，选择文件名时一定要注意，例如，我们选择 /etc/udev/rule.d/10-local.rules
BUS="usb"， SYSFS{serial}="HXOLL0012202323480"， NAME="lp_epson"， SYMLINK="printers/epson_stylus"
上面是一个USB打印机的印子。当一台USB打印机序列号是HXOLL0012202323480，就会创建一个device名 /dev/lpepson，
同时创建一个symbol link /dev/printers/epson_styles
注意：在任何规则修改后，为了让它生效：需要执行udevstart
规则书写格式
最方便的查找方法是 man udev 或在线文档 udev.8.html
常用的有
* BUS - 匹配总路类型，比如PCI USB等 * KERNEL - 匹配Kernel设备名，比如hda hdb. * DRIVER - 匹配Kernel的驱动程序名 * SUBSYSTEM - 匹配子系统名。 * ID - 匹配总路系统的ID （e.g. PCI bus ID）。 * PLACE - 匹配物理位置 （对USB很有用）。 * SYSFS{filename} - 匹配从sysfs得到的信息，比如label， vendor， USB serial number， SCSI UUID or file system label. * PROGRAM - 调用外部程序。 * RESULT - 匹配最后一次调用外部程序所得到的返回字符串 * NAME - 需要创建的设备或 * SYMLINK -需要创建的符号链接名 * OWNER， GROUP， MODE 设置设备的所有者，组，及模式
匹配符号：
%n 内核设备号 例如 sda3 的3 %k 内核设备名 %M 设备的major号 %m 设备的minor号 %b bus id %c %s{filename} sysfs属性的内容 %% 引用%时使用 * 可以匹配任意个字符 ？ 可以匹配一个字符 ［ ］ 从中选一个字符sample：
# if /sbin/scsi_id returns "OEM 0815" device will be called disk1BUS="scsi"， PROGRAM="/sbin/scsi_id"， RESULT="OEM 0815"， NAME="disk1"# USB printer to be called lp_colorBUS="usb"， SYSFS{serial}="W09090207101241330"， NAME="lp_color"# SCSI disk with a specific vendor and model number will be called bootBUS="scsi"， SYSFS{vendor}="IBM"， SYSFS{model}="ST336"， NAME="boot%n"# sound card with PCI bus id 00：0b.0 to be called dspBUS="pci"， ID="00：0b.0"， NAME="dsp"# USB mouse at third port of the second hub to be called mouse1BUS="usb"， PLACE="2.3"， NAME="mouse1"# ttyUSB1 should always be called pda with two additional symlinksKERNEL="ttyUSB1"， NAME="pda"， SYMLINK="palmtop handheld"# multiple USB webcams with symlinks to be called webcam0， webcam1， ……BUS="usb"， SYSFS{model}="XV3"， NAME="video%n"， SYMLINK="webcam%n"
查看sysfs的信息
这里使用udevinfo的指令， man udevinfo 在线文档udevinfo.8.html 基本用法
-a SYSFS{filename} attributes along the device chain. -p sysfs_path Specify the sysfs path of the device to query. -q query_type Query the database for specified value of a created device node or network interface. valid type： name， symlink， mode ，owner ， group ， path or all. -n name Specify the name of the node， the symlink or the network interface for the device to queue sample：
udevinfo -a -p /sys/path/to/hardware/info udevinfo -a -p /sys/block/sda udevinfo -q path -n /dev/sda 联起来用： # udevinfo -a -p $（udevinfo -q path -n /dev/sda）
测试方法
# udevtest /sys/class/sound/dsp/version 056looking at '/class/sound/dsp/'opened class_dev->name='dsp'configured rule in '/etc/udev/rules.d/50-udev.rules[132]' applied， added symlink '%k'configured rule in '/etc/udev/rules.d/50-udev.rules[132]' applied， 'dsp' becomes 'sound/%k'creating device node '/dev/sound/dsp'， major = '14'， minor = '3'， mode = '0660'， uid = '0'， gid = '18'
实际的例子
010_local.rules
#Clie th55#syncBUS="usb"， SYSFS{product}="Palm Handheld"， KERNEL="ttyUSB*"， SYMLINK="pilot%n"#exportBus="usb"， SYSFS{product}="Sony PEG Mass Storage"， KERNEL="sd*"，SYMLINK="cliems"#usb HDDBUS="usb"， SYSFS{product}="USB TO IDE"， KERNEL="sd*"， SYMLINK="usbhdd%n"#cf1 used for 5in1 card readerBUS="ide"， ID="2.0"， KERNEL="hd*"， SYMLINK="ms"]
相对于linux来说，udev还是一个新事物。然而，尽管它03年才出现，尽管它很低调(J)，但它无疑已经成为linux下不可或缺的组件了。udev是什么？它是如何实现的？最近研究Linux设备管理时，花了一些时间去研究udev的实现。
udev是什么？u 是指user space，dev是指device，udev是用户空间的设备驱动程序吗？最初我也这样认为，调试内核空间的程序要比调试用户空间的程序复杂得多，内核空间的程序的BUG所引起的后果也严重得多，device driver是内核空间中所占比较最大的代码，如果把这些device driver中硬件无关的代码，从内核空间移动到用户空间，自然是一个不错的想法。
但我的想法并不正确，udev的文档是这样说的，
1. dynamic replacement for /dev。作为devfs的替代者，传统的devfs不能动态分配major和minor的值，而major和minor非常有限，很快就会用完了。udev能够像DHCP动态分配IP地址一样去动态分配major和minor。
2. device naming。提供设备命名持久化的机制。传统设备命名方式不具直观性，像/dev/hda1这样的名字肯定没有boot_disk这样的名字直观。udev能够像DNS解析域名一样去给设备指定一个有意义的名称。
3. API to access info about current system devices 。提供了一组易用的API去操作sysfs，避免重复实现同样的代码，这没有什么好说的。
我们知道，用户空间的程序与设备通信的方法，主要有以下几种方式，
1. 通过ioperm获取操作IO端口的权限，然后用inb/inw/ inl/ outb/outw/outl等函数，避开设备驱动程序，直接去操作IO端口。（没有用过）
2. 用ioctl函数去操作/dev目录下对应的设备，这是设备驱动程序提供的接口。像键盘、鼠标和触摸屏等输入设备一般都是这样做的。
3. 用write/read/mmap去操作/dev目录下对应的设备，这也是设备驱动程序提供的接口。像framebuffer等都是这样做的。
上面的方法在大多数情况下，都可以正常工作，但是对于热插拨(hotplug)的设备，比如像U盘，就有点困难了，因为你不知道：什么时候设备插上了，什么时候设备拔掉了。这就是所谓的hotplug问题了。
处理hotplug传统的方法是，在内核中执行一个称为hotplug的程序，相关参数通过环境变量传递过来，再由hotplug通知其它关注hotplug事件的应用程序。这样做不但效率低下，而且感觉也不那么优雅。新的方法是采用NETLINK实现的，这是一种特殊类型的socket，专门用于内核空间与用户空间的异步通信。下面的这个简单的例子，可以监听来自内核hotplug的事件。
|
#include <stdio.h> #include #include <string.h> #include <ctype.h> #include #include #include #include #include #include <errno.h> static int init_hotplug_sock(void) { struct sockaddr_nl snl; const int buffersize = 16 * 1024 * 1024; int retval; memset(&snl, 0x00, sizeof(struct sockaddr_nl)); snl.nl_family = AF_NETLINK; snl.nl_pid = getpid(); snl.nl_groups = 1; int hotplug_sock = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_KOBJECT_UEVENT); if (hotplug_sock == -1) { printf("error getting socket: %s", strerror(errno)); return -1; } /* set receive buffersize */ setsockopt(hotplug_sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &buffersize, sizeof(buffersize)); retval = bind(hotplug_sock, (struct sockaddr *) &snl, sizeof(struct sockaddr_nl)); if (retval < 0) { printf("bind failed: %s", strerror(errno)); close(hotplug_sock); hotplug_sock = -1; return -1; } return hotplug_sock; } #define UEVENT_BUFFER_SIZE 2048 int main(int argc, char* argv[]) { int hotplug_sock = init_hotplug_sock(); while(1) { char buf[UEVENT_BUFFER_SIZE*2] = {0}; recv(hotplug_sock, &buf, sizeof(buf), 0); printf("%s\n", buf); } return 0; } |
编译：
gcc -g hotplug.c -o hotplug_monitor
运行后插/拔U盘，可以看到：
|
add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1 add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/usbdev2.2_ep00 add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0 add@/class/scsi_host/host2 add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep81 add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep02 add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep83 add@/class/usb_device/usbdev2.2 add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/host2/target2:0:0/2:0:0:0 add@/class/scsi_disk/2:0:0:0 add@/block/sda add@/block/sda/sda1 add@/class/scsi_device/2:0:0:0 add@/class/scsi_generic/sg0 remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep81 remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep02 remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep83 remove@/class/scsi_generic/sg0 remove@/class/scsi_device/2:0:0:0 remove@/class/scsi_disk/2:0:0:0 remove@/block/sda/sda1 remove@/block/sda remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/host2/target2:0:0/2:0:0:0 remove@/class/scsi_host/host2 remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0 remove@/class/usb_device/usbdev2.2 remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/usbdev2.2_ep00 remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1 |
udev的主体部分在udevd.c文件中，它主要监控来自4个文件描述符的事件/消息，并做出处理：
1. 来自客户端的控制消息。这通常由udevcontrol命令通过地址为/org/kernel/udev/udevd的本地socket，向udevd发送的控制消息。其中消息类型有：
l UDEVD_CTRL_STOP_EXEC_QUEUE 停止处理消息队列。
l UDEVD_CTRL_START_EXEC_QUEUE 开始处理消息队列。
l UDEVD_CTRL_SET_LOG_LEVEL 设置LOG的级别。
l UDEVD_CTRL_SET_MAX_CHILDS 设置最大子进程数限制。好像没有用。
l UDEVD_CTRL_SET_MAX_CHILDS_RUNNING 设置最大运行子进程数限制(遍历proc目录下所有进程，根据session的值判断)。
l UDEVD_CTRL_RELOAD_RULES 重新加载配置文件。
2. 来自内核的hotplug事件。如果有事件来源于hotplug，它读取该事件，创建一个udevd_uevent_msg对象，记录当前的消息序列号，设置消息的状态为EVENT_QUEUED,然后并放入running_list和exec_list两个队列中，稍后再进行处理。
3. 来自signal handler中的事件。signal handler是异步执行的，即使有signal产生，主进程的select并不会唤醒，为了唤醒主进程的select，它建立了一个管道，在signal handler中，向该管道写入长度为1个子节的数据，这样就可以唤醒主进程的select了。
4. 来自配置文件变化的事件。udev通过文件系统inotify功能，监控其配置文件目录/etc/udev/rules.d，一旦该目录中文件有变化，它就重新加载配置文件。
其中最主要的事件，当然是来自内核的hotplug事件，如何处理这些事件是udev的关键。udev本身并不知道如何处理这些事件，也没有必要知道，因为它只实现机制，而不实现策略。事件的处理是由配置文件决定的，这些配置文件即所谓的rule。
关于rule的编写方法可以参考《writing_udev_rules》，udev_rules.c实现了对规则的解析。
在规则中，可以让外部应用程序处理某个事件，这有两种方式，一种是直接执行命令，通常是让modprobe去加载驱动程序，或者让mount去加载分区。另外一种是通过本地socket发送消息给某个应用程序。
在udevd.c:udev_event_process函数中，我们可以看到，如果RUN参数以”socket:”开头则认为是发到socket，否则认为是执行指定的程序。
下面的规则是执行指定程序：
60-pcmcia.rules: RUN+="/sbin/modprobe pcmcia"
下面的规则是通过socket发送消息：
90-hal.rules:RUN+="socket:/org/freedesktop/hal/udev_event"
hal正是我们下一步要关心的，接下来我会分析HAL的实现原理。
