udev文件系统的使用和基本工作原理分析

作者：刘旭晖 [e-mail] 转载请注明出处

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Udev相关的文章很多，本文的主要目的不是提供一个完整的教学文档，对其使用，只是给出网上现有的主要资源。着重分析其基本工作原理以及在使用中遇到的一些README文档没有明确说明的问题。

 

1         基本概念

udev文件系统是针对2.6内核，提供一个基于用户空间的动态设备节点管理和命名的解决方案，网上关于为什么要使用udev文件系统，udev文件系统和devfs文件系统的比较，等等的文章已经很多了，如果你想了解这方面的内容，请直接搜索相关的关键字。

 

udev的官方网址：http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/udev.html

src code的下载地址：http://www.us.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/

 

此外，关于udev的rules规则的撰写，网上也有很多文章，如果要获得最准确的版本，可以在src code的代码树里找到writing_udev_rules的帮助文档，这个文档其实没有逐条介绍rules的所有关键字，可以结合man udev 和 udev自带的一些rules文件来理解如何撰写你所需要的规则文件。

 

2         安装和启动

2.1        安装

Udev的代码树里的版本很多，我下载的最新的版本是udev-117，配合2.6.21版本的内核能够正常使用。网上很多文章介绍的可能都是稍微早期一些的版本，有些步骤包括udev的README文档似乎描述的不是很准确。

 

基本上这个版本的udev需要注意的是，安装时只需要udevd，udevadm两个文件，其它必需的包括udevtrigger等只是udevadm的一个符号链接。udevstart不是必需的。当然Udev.conf等配置文件还是一样。

2.2        启动

你可以在启动脚本中用udevd –d 参数启动udev文件系统的守护进程，然后使用udevtrigger将buildin的设备驱动的节点创建出来，以后模块插入移除时节点的管理会自动处理。

 

能够正常加载udev的前提，基本包括如下操作：

 

Ø       设置路径变量

Ø       加载sysfs文件系统

Ø       加载一个基于ram的可写的/dev目录（其实，只要提供一个可写的目录即可，目录路径本身也是可以配置的）

Ø       /dev目录下需要有已经创建好的 console节点和null节点

脚本类似：

 

# Set the path

PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin

export PATH

 

# mount proc and devpts filesystem

/bin/mount -a

mknod /dev/console c 5 1

mknod /dev/null c 1 3

/sbin/udevd -d

/sbin/udevtrigger

 

Mount使用的fstab文件类似：

 

none                    /tmp                    ramfs   defaults        0 0

udev                    /dev                    ramfs   defaults        0 0

none                    /proc                   proc    defaults        0 0

sysfs                   /sys                    sysfs   defaults        0 0

 

当然，你的系统上可能还会需要预先创建一些其它的设备节点，比如串口的ttySx 才能正常启动shell，完成以上脚本的执行，那就要看具体情况了。

 

3         使用中的一些问题的思考

3.1        关于规则的多次匹配

帮助文档中说一个设备可以被多条规则多次匹配，不过，需要明确的一点是：

多次匹配只能添加多个Symlink，不能创建多个Name：

 

例如：

KERNEL=="mtdblock4", NAME+="mtdbb4"

KERNEL=="mtdblock4", NAME+="%k"

就只会创建 /dev/mtdbb4 而不会创建/dev/mtdblock4

 

而类似：

KERNEL=="mtdblock4", NAME+="mtdbb4"

KERNEL=="mtdblock4", SYMLINK+="mtdbb4link"

是可以正常工作的。

 

3.2        关于udev.conf的语法

可能大家会发现，似乎没有什么详细文档描述udev.conf的写法，实际上从udevd的代码里可以看出：

 

udev.conf文件里面只会解析这三个参数：

 

udev_root 定义udev的目录路径

udev_rules 定义udev的规则文件的目录路径

udev_log 定义log的级别

 

也许以后会添加一些别的配置参数？

 

4         基本工作原理方面的问题

这部分主要是分析了一下udev的source code，对一些自己关心的问题的理解

 

4.1        Udevd如何获取内核的这些模块动态变化的信息

 

设备节点的创建，是通过sysfs接口分析dev文件取得设备节点号，这个很显而易见。那么udevd是通过什么机制来得知内核里模块的变化情况，如何得知设备的插入移除情况呢？当然是通过hotplug机制了，那hotplug又是怎么实现的？或者说内核是如何通知用户空间一个事件的发生的呢？

 

答案是通过netlink socket通讯，在内核和用户空间之间传递信息。

 

内核调用kobject_uevent函数发送netlink message给用户空间，这部分工作通常不需要驱动去自己处理，在统一设备模型里面，在子系统这一层面，已经将这部分代码处理好了，包括在设备对应的特定的Kobject创建和移除的时候都会发送相应add和remove消息，当然前提是你在内核中配置了hotplug的支持。

Netlink socket作为一种内核与用户空间的通信方式，不仅仅用在hotplug机制中，同样还应用在其它很多真正和网络相关的内核子系统中。

 

Udevd通过标准的socket机制，创建socket连接来获取内核广播的uevent事件 并解析这些uevent事件。

 

4.2        Udevd如何监控规则文件的变更

如果内核版本足够新的话，在规则文件发生变化的时候，udev也能够自动的重新应用这些规则，这得益于内核的inotify机制， inotify是一种文件系统的变化通知机制，如文件增加、删除等事件可以立刻让用户态得知。

 

在udevd中，对inotify和udev的netlink socket文件描述符都进行了select的等待操作。有事件发生以后再进一步处理。

 

4.3        Udevtrigger的工作机制？

运行udevd以后，使用udevtrigger的时候，会把内核中已经存在的设备的节点创建出来，那么他是怎么做到这一点的？ 分析udevtrigger的代码可以看出：

 

udevtrigger通过向/sysfs 文件系统下现有设备的uevent节点写"add"字符串，从而触发uevent事件，使得udevd能够接收到这些事件，并创建buildin的设备驱动的设备节点以及所有已经insmod的模块的设备节点。

 

所以，我们也可以手工用命令行来模拟这一过程：

 

/ # echo "add" > /sys/block/mtdblock2/uevent

/ #

/ # UEVENT[178.415520] add      /block/mtdblock2 (block)

 

但是，进一步看代码，你会发现，实际上，不管你往uevent里面写什么，都会触发add事件，这个从kernel内部对uevent属性的实现函数可以看出来，默认的实现是：

static ssize_t store_uevent(struct device *dev, struct device_attribute *attr,

                         const char *buf, size_t count)

{

       kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);

       return count;

}

所以不管写的内容是什么，都是触发add操作，真遗憾，我还想通过这个属性实验remove的操作。 不知道这样限制的原因是什么。

 

而udevstart的实现方式和udevtrigger就不同了，它基本上是重复实现了udevd里面的机制，通过遍历sysfs，自己完成设备节点的创建，不通过udevd来完成。

 

4.4        其它

Ø       udevd创建每一个节点的时候，都会fork出一个新的进程来单独完成这个节点的创建工作。

 

Ø       Uevent_seqnum 用来标识当前的uevent事件的序号（已经产生了多少uevent事件），你可以通过如下操作来查看：

 

$ cat /sys/kernel/uevent_seqnum

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