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Linux设备模型(3)_Uevent【转】

简介: 转自:http://www.wowotech.net/device_model/uevent.html 1. Uevent的功能 Uevent是Kobject的一部分,用于在Kobject状态发生改变时,例如增加、移除等,通知用户空间程序。
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转自:http://www.wowotech.net/device_model/uevent.html

1. Uevent的功能

Uevent是Kobject的一部分,用于在Kobject状态发生改变时,例如增加、移除等,通知用户空间程序。用户空间程序收到这样的事件后,会做相应的处理。

该机制通常是用来支持热拔插设备的,例如U盘插入后,USB相关的驱动软件会动态创建用于表示该U盘的device结构(相应的也包括其中的kobject),并告知用户空间程序,为该U盘动态的创建/dev/目录下的设备节点,更进一步,可以通知其它的应用程序,将该U盘设备mount到系统中,从而动态的支持该设备。

2. Uevent在kernel中的位置

下面图片描述了Uevent模块在内核中的位置:

uevent

由此可知,Uevent的机制是比较简单的,设备模型中任何设备有事件需要上报时,会触发Uevent提供的接口。Uevent模块准备好上报事件的格式后,可以通过两个途径把事件上报到用户空间:一种是通过kmod模块,直接调用用户空间的可执行文件;另一种是通过netlink通信机制,将事件从内核空间传递给用户空间。

注1:有关kmod和netlink,会在其它文章中描述,因此本文就不再详细说明了。

3. Uevent的内部逻辑解析

3.1 Source Code位置

Uevent的代码比较简单,主要涉及kobject.h和kobject_uevent.c两个文件,如下:

  • include/linux/kobject.h
  • lib/kobject_uevent.c
3.2 数据结构描述

kobject.h定义了uevent相关的常量和数据结构,如下:

  • kobject_action
 1: /* include/linux/kobject.h, line 50 */
 2: enum kobject_action {   
 3:     KOBJ_ADD,
 4:     KOBJ_REMOVE,    
 5:     KOBJ_CHANGE, 
 6:     KOBJ_MOVE,
 7:     KOBJ_ONLINE, 
 8:     KOBJ_OFFLINE,
 9:     KOBJ_MAX 
 10: };

kobject_action定义了event的类型,包括:

ADD/REMOVE,Kobject(或上层数据结构)的添加/移除事件。

ONLINE/OFFLINE,Kobject(或上层数据结构)的上线/下线事件,其实是是否使能。

CHANGE,Kobject(或上层数据结构)的状态或者内容发生改变。

MOVE,Kobject(或上层数据结构)更改名称或者更改Parent(意味着在sysfs中更改了目录结构)。

CHANGE,如果设备驱动需要上报的事件不再上面事件的范围内,或者是自定义的事件,可以使用该event,并携带相应的参数。

  • kobj_uevent_env
 1: /* include/linux/kobject.h, line 31 */
 2: #define UEVENT_NUM_ENVP         32 /* number of env pointers */
 3: #define UEVENT_BUFFER_SIZE      2048 /* buffer for the variables */
 4:  
 5: /* include/linux/kobject.h, line 116 */
 6: struct kobj_uevent_env {
 7:     char *envp[UEVENT_NUM_ENVP];
 8:     int envp_idx;
 9:     char buf[UEVENT_BUFFER_SIZE];
 10:    int buflen;
 11: };

前面有提到过,在利用Kmod向用户空间上报event事件时,会直接执行用户空间的可执行文件。而在Linux系统,可执行文件的执行,依赖于环境变量,因此kobj_uevent_env用于组织此次事件上报时的环境变量。

envp,指针数组,用于保存每个环境变量的地址,最多可支持的环境变量数量为UEVENT_NUM_ENVP。

envp_idx,用于访问环境变量指针数组的index。

buf,保存环境变量的buffer,最大为UEVENT_BUFFER_SIZE。

buflen,访问buf的变量。

  • kset_uevent_ops
 1: /* include/linux/kobject.h, line 123 */
 2: struct kset_uevent_ops {
 3:     int (* const filter)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);
 4:     const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);
 5:     int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj,
 6:                         struct kobj_uevent_env *env);
 7: };

kset_uevent_ops是为kset量身订做的一个数据结构,里面包含filter和uevent两个回调函数,用处如下:

filter,当任何Kobject需要上报uevent时,它所属的kset可以通过该接口过滤,阻止不希望上报的event,从而达到从整体上管理的目的。

name,该接口可以返回kset的名称。如果一个kset没有合法的名称,则其下的所有Kobject将不允许上报uvent

uevent,当任何Kobject需要上报uevent时,它所属的kset可以通过该接口统一为这些event添加环境变量。因为很多时候上报uevent时的环境变量都是相同的,因此可以由kset统一处理,就不需要让每个Kobject独自添加了。

3.3 内部动作

通过kobject.h,uevent模块提供了如下的API(这些API的实现是在"lib/kobject_uevent.c”文件中):

 1: /* include/linux/kobject.h, line 206 */
 2: int kobject_uevent(struct kobject *kobj, enum kobject_action action);
 3: int kobject_uevent_env(struct kobject *kobj, enum kobject_action action,
 4:                         char *envp[]);
 5:  
 6: __printf(2, 3)
 7: int add_uevent_var(struct kobj_uevent_env *env, const char *format, ...);
 8:  
 9: int kobject_action_type(const char *buf, size_t count,
 10:                         enum kobject_action *type);

kobject_uevent_env,以envp为环境变量,上报一个指定action的uevent。环境变量的作用是为执行用户空间程序指定运行环境。具体动作如下:

  • 查找kobj本身或者其parent是否从属于某个kset,如果不是,则报错返回(注2:由此可以说明,如果一个kobject没有加入kset,是不允许上报uevent的)
  • 查看kobj->uevent_suppress是否设置,如果设置,则忽略所有的uevent上报并返回(注3:由此可知,可以通过Kobject的uevent_suppress标志,管控Kobject的uevent的上报)
  • 如果所属的kset有uevent_ops->filter函数,则调用该函数,过滤此次上报(注4:这佐证了3.2小节有关filter接口的说明,kset可以通过filter接口过滤不希望上报的event,从而达到整体的管理效果)
  • 判断所属的kset是否有合法的名称(称作subsystem,和前期的内核版本有区别),否则不允许上报uevent
  • 分配一个用于此次上报的、存储环境变量的buffer(结果保存在env指针中),并获得该Kobject在sysfs中路径信息(用户空间软件需要依据该路径信息在sysfs中访问它)
  • 调用add_uevent_var接口(下面会介绍),将Action、路径信息、subsystem等信息,添加到env指针中
  • 如果传入的envp不空,则解析传入的环境变量中,同样调用add_uevent_var接口,添加到env指针中
  • 如果所属的kset存在uevent_ops->uevent接口,调用该接口,添加kset统一的环境变量到env指针
  • 根据ACTION的类型,设置kobj->state_add_uevent_sent和kobj->state_remove_uevent_sent变量,以记录正确的状态
  • 调用add_uevent_var接口,添加格式为"SEQNUM=%llu”的序列号
  • 如果定义了"CONFIG_NET”,则使用netlink发送该uevent
  • 以uevent_helper、subsystem以及添加了标准环境变量(HOME=/,PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin)的env指针为参数,调用kmod模块提供的call_usermodehelper函数,上报uevent。 
    其中uevent_helper的内容是由内核配置项CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH(位于./drivers/base/Kconfig)决定的(可参考lib/kobject_uevent.c, line 32),该配置项指定了一个用户空间程序(或者脚本),用于解析上报的uevent,例如"/sbin/hotplug”。 
    call_usermodehelper的作用,就是fork一个进程,以uevent为参数,执行uevent_helper。

kobject_uevent,和kobject_uevent_env功能一样,只是没有指定任何的环境变量。

add_uevent_var,以格式化字符的形式(类似printf、printk等),将环境变量copy到env指针中。

kobject_action_type,将enum kobject_action类型的Action,转换为字符串。

 

说明:怎么指定处理uevent的用户空间程序(简称uevent helper)? 

上面介绍kobject_uevent_env的内部动作时,有提到,Uevent模块通过Kmod上报Uevent时,会通过call_usermodehelper函数,调用用户空间的可执行文件(或者脚本,简称uevent helper )处理该event。而该uevent helper的路径保存在uevent_helper数组中。 

可以在编译内核时,通过CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH配置项,静态指定uevent helper。但这种方式会为每个event fork一个进程,随着内核支持的设备数量的增多,这种方式在系统启动时将会是致命的(可以导致内存溢出等)。因此只有在早期的内核版本中会使用这种方式,现在内核不再推荐使用该方式。因此内核编译时,需要把该配置项留空。 

在系统启动后,大部分的设备已经ready,可以根据需要,重新指定一个uevent helper,以便检测系统运行过程中的热拔插事件。这可以通过把helper的路径写入到"/sys/kernel/uevent_helper”文件中实现。实际上,内核通过sysfs文件系统的形式,将uevent_helper数组开放到用户空间,供用户空间程序修改访问,具体可参考"./kernel/ksysfs.c”中相应的代码,这里不再详细描述。

 

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标签: Linux Kernel 内核 设备模型 Uevent

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