4、udev的实现原理

LinuxSmartphone

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http://blog.csdn.net/absurd
作者联系方式：李先静
更新时间：2007-4-29

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 socket.h>
            #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
                    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。
另外一篇见：http://hi.baidu.com/littertiger/blog/item/315d12dd8448fedc8c102918.html
kernel和udev间传递消息
kernel和udev间传递消息，比如add，remove等，是通过netlink进行。 netlink是个通用的机制，传递udev event只是其中一个应用。
由于uevent是广播的，所以写个小程序很容易不会这些事件。
写得比较匆忙，也很丑陋，呵呵。
#include
#include
#include
char buf[2048 + 512];
int main()
{
     int bufsize = 16 * 1024 * 1024;
     struct sockaddr_nl anl;
     int res, i, sk;
     anl.nl_family = AF_NETLINK;
     anl.nl_pid = getpid();
     anl.nl_groups = 1;
     sk = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);
     if (sk == -1){
          printf("socket create failed\n");
          return sk;
     }
     
     setsockopt(sk, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &bufsize, sizeof(bufsize));
     res = bind(sk, &anl, sizeof(anl));
     if (res == -1){
          close(sk);
          printf("socket bind failed\n");
          return res;
     }
     while(1){
     res = recv(sk, buf, sizeof(buf), 0);
     printf("res:%d\n",res);
     res = res > sizeof(buf) ? sizeof(buf) : res;
     printf("begin\n");
     for(i=0; i<res; i++)
          putchar(buf);
     printf("end\n");
     }
     return 0;
}
               
               
               
               

本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/66024/showart_1101331.html