udev、热插拔和驱动模块加载

　     udev是Linux 2.6内核的设备管理器，它在/dev目录下动态地创建/移除设备节点。它是devfs和hotplug的继承者，运行在用户空间，并且用户可以用Udev规则来改变设备的命名。

　　udev依赖2.5内核引入的sysfs文件系统。sysfs是的设备在用户空间可见。每当一个设备被加入或移除，就会产生内核事件通知用户空间的Udev。

　　在早期的发行中常使用一个外部二进制文件/sbin/hotplug来将设备状态的改变通知Udev。现在这个工具已经被替换掉，Udev可以通过Netlink直接监听这些事件了。

        为什么需要udev?

        在早期的内核中/dev目录包括一些静态的设备文件,即采用设备节点的静态创建模型。它有如下缺点：

          (1)没有办法可以分辨出硬件设备是否真的存在于系统之中。因此，所有这会儿被Linux认识的设备都会创建好设备节点。/dev中巨大数目的设备节点使得鉴别一个系统中存在的设备变得困难。

          (2)　近年来需要包含的静态设备节点的数目增加得太多，以至于以前所使用的8位模式用来处理所有的设备变得不够用了,因此主/次设备号对开始用光了。字符设备和块设备拥有固定分配的主/次设备号对。分配主/次设备号对的官方机构是Linux Assigned Name and Number Authority。但是，一台机器不会使用所有可能的设备，因此一个系统中肯定有未使用的主/次设备号。在这种情况下，那台机器的内核就可以借用那些未使用设备的主/次设备号，给其他一些需要的设备。有时候这样会产生问题。因为用户空间操作设备的应用程序未必会感知设备号的变化。对于用户空间的程序，LANANA分配的设备号非常重要。因此，主/次设备号的改变必须通知这些应用程序。这被称为主/次设备号的动态分配，Udev完成了这项任务。

          (3)在系统启动过程中，内核会为一个识别到的硬件设备分配一个主/次设备号对。让我们考虑两个硬盘，连接/校准的的方式是一个连接到主接口，另一个连接 到从接口。Linux系统会称它们为/dev/hda和/dev/hdb。现在，如果我们交换两个磁盘，那么它们的设备名也会改变。这使得将一个可用的动 态设备节点定位到正确的设备发生困难。当有一堆的硬盘连接在系统时，情况会变得更加糟糕。udev通过/dev目录提供了一个永久性设备命名系统，使得定位设备变得容易。

         udev 运行在用户空间；创建永久性设备名, 将设备命名从内核空间剥离，并且基于设备命名实现一些规则；在/dev中为存在于系统的设备动态创建设备节点，并且为之动态分配主/次设备号；提供用户空间的API，用于访问系统中的设备信息.

      接下来,我们探讨udev和设备驱动模块的关系。

      启动初始化时, /dev目录使用tmpfs挂载.

　     然后, Udev拷贝/lib/udev/devices 的静态设备节点到 /dev 目录.

　　Udev守护进程开始运行，监听一个netlink套接字，这个套接字是内核用来与用户空间的应用程序进行通信的。当一个设备被加入或移出系统时，内核可能会 通过这个netlink套接字发送一大堆的数据。Udev守护进程为所有连接到系统的设备收集来自内核的uevents, 截取所有netlink套接字的数据并完成剩下的工作，也就是创建设备节点，加载模块，等等

　　udev守护进程解析uevent数据，并且对/etc/udev/rules.d中指定的规则进行匹配.

　　根据指定的规则为设备创建设备节点和符号链接.

　　Udev守护进程读取/etc/udev/rules.d/*.rules 中的规则并且保存到内存里面.

　　Udev接收接收inotify事件，如果某个规则发生了改变，读取这些改变并更新内存副本。  

1 对于已经编入内核的驱动程序
        当被内核检测到的时候，会直接在 sysfs中注册其对象；对于编译成模块的驱动程序，当模块载入的时候才会这样做。一旦挂载了sysfs 文件系统(挂载到 /sys)，内建的驱动程序在 sysfs注册的数据就可以被用户空间的进程使用，并提供给 udev 以创建设备节点。
        udev 初始化脚本负责在 Linux 启动的时候创建设备节点，该脚本首先将/sbin/udevsend 注册为热插拔事件处理程序。热插拔事件(随后将讨论)本不应该在这个阶段发生，注册 udev 只是为了以防万一。然后udevstart 遍历 /sys 文件系统，并在 /dev 目录下创建符合描述的设备。例如，/sys/class/tty/vcs/dev 里含有"7:0"字符串，udevstart就根据这个字符串创建主设备号为 7 、次设备号为 0 的 /dev/vcs 设备。udevstart 创建的每个设备的名字和权限由 /etc/udev/rules.d/目录下的文件指定的规则来设置。如果 udev 找不到所创建设备的权限文件，就将其权限设置为缺省的 660 ，所有者为 root:root 。
    上面的步骤完成后，那些已经存在并且已经内建驱动的设备就可以使用了，那么以模块驱动的设备呢？

2 对于没有编进内核的模块

    当netlink socket通过uevent检测到热插拔事件的时候，内核让 udev 在 /sys文件系统里检测与新设备的有关信息，并为新设备在 /dev 里创建项目。
    大多数 Linux 发行版通过 /etc/modules.conf配置文件来处理模块加载，对某个设备节点的访问导致相应的内核模块被加载。对 udev这个方法就行不通了，因为在模块加载前，设备节点根本不存在。为了解决这个问题，可以在开机时加载相应的模块，可以用到的方法有：
1 可以在 /etc/rc.local rc.sysinit 中添加相应的加载模块命令。
2 可以在某个目录，如/opt/drivers/ 下放相应的驱动程序和驱动模块加载脚本。
这样就可以在系统启动的时候加载这些模块，这样 udev 就可以检测到设备，并创建相应的设备节点了。

加载脚本示例如下所示：

注：本文参考了网络资源。