Linux设备驱动模型框架分析（六）——LDDM的设备管理：uevent，mdev

uevent

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。

 

 

 

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。

其中，netlink是一种socket，专门用来进行内核空间和用户空间的通信；kmod是管理内核模块的工具集，类似busybox，我们熟悉的lsmod，insmod等是指向kmod的链接。

uevent有几个核心的数据结构，按照惯例，先独立分析各个核心类，然后通过类之间的关系全面了解uevent机制。

 

kobject_action

 

 

 

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

 

 

 

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。

argv，argv[0]存储uevent_helper的值，uevent_helper的内容是由内核配置项CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH决定的，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”。可以这样理解，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。对于uevent_helper还有一点要注意，在编译内核时，通过CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH配置项，静态指定uevent helper的方式，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），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。argv[1]存储了本kobj_uevent_env的buf指针，argv[2]一般为NULL。

 

kset_uevent_ops

 

 

 

前面在分析kset的时候，有一个属性uevent_ops就是kobj_uevent_ops结构的。

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。

这些回调函数很简单，不过他们的函数指针原型的定义可以关注一下，他们的原型是这样的：

int (* const filter)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);

const char *(* const name)(struct kset *kset, struct kobject *kobj);

int (* const uevent)(struct kset *kset, struct kobject *kobj,struct kobj_uevent_env *env);

这里有一堆const，这些const是什么意思，如果搞清楚了相信你对const就有更深入的认识了。算是思考题，原意深入思考的可以解答一下，顺便说一下，面试c语言程序员经常会被问到const的。

 

kobject_action, kobj_uevent_env和kobj_uevent_ops的关系

当设备加载或卸载时，是怎么通过这几个uevent的核心类通知用户空间的呢？通过前面的分析，大家应该知道，设备加载或卸载最直观的体现在/sys下目录的变化，/sys下的目录和kobject是对应的，因此还得从kobject说起。

 

 

这几个类之间的关系比较简单，而且很多都是通过方法产生依赖关系，类之间的关系比较弱。通过序列图可以更清楚的看到类之间如何交互。

 

 

 

uevent_helper常用环境变量

 

环境变量	说明
ACTION	对应kobject_action定义的kobject动作，不过是将枚举转换成了字符串
DEVPATH	被创建或删除的kobject在sysfs中的路径
SEQNUM	热插拔事件序列号，使程序可以区分热插拔事件
SUBSYSTEM	描述子系统的字符串，与class中的name对应。

 

 

mdev

概述

熟悉linux驱动程序编写的人都知道，需要在/dev下建立设备文件，但是如果用LDDM来写驱动程序可能就看不到熟悉的mknod，modprobe等了，这些操作并非消失了，而是由其他机制代替人工做了。本章就这方面内容进行一个介绍。

大家都知道创建设备节点的工作是在用户空间进行的，为什么不能由驱动直接创建呢？试想，如果创建设备由驱动程序来做，驱动位于内核层，如果由其负责这个任务，那么驱动就得知道它要创建的设备名。简单的字符驱动还好，如果是USB等可插拔的设备，驱动怎么知道自己要创建什么设备名呢？有人说可以写明一套规则。确实如此，但如果把这套规则放到应用层，由应用程序开发人员去明确这个规则（mdev正是这样做的），会不会更好？因为是应用程序直接编程访问这个设备名对应的设备驱动的。所以设备驱动不应该直接负责设备文件的创建。

用户层创建设备文件也有两种方法：

一种方法就是用户在shell中使用mknod命令创建设备文件，同时传入设备名和设备号。这应该是大家最熟悉的一种方法，但是这种人工的做法，很不科学。它只是一种演示的方法，不适于作为工程方法。

另外一种方法就是依赖设备模型来辅助创建设备文件。这也是设备模型的作用之一。

udev和mdev就是使用第二种方法依赖LDDM自动创建设备文件的机制。

udev是构建在linux的sysfs之上的，是一个用户程序，它能够根据系统中的硬件设备的状态动态更新设备文件。mdev是busybox自带的一个简化版的udev，它比udev占用的内存更小，因此更适合嵌入式系统的应用。

udev和mdev都依赖uevent机制，个人理解，udev使用netlink机制，mdev使用kmod机制。在分析kobj_uevent_env的argv成员是已经提到了，kmod最终会调用用户程序，即uevent_helper处理uevent消息，mdev实际就是uevent_helper程序。通过：

echo /sbin/mdev > /sys/kernel/uevent_helper

实现使用使用mdev处理uevent的目的（有的资料说是将mdev加到/proc/sys/kernel/hotplug_helper，其实这两个是一样的，前面说过/sys改进了/proc，所以新的系统应该优先使用/sys）。

那么问题又来了？

LDDM也是内核程序，为什么就能包含设备名呢？这不是与上面讲的矛盾吗？既然讲了这么多LDDM的内容了，思考一下按照你的理解给出一个答案吧。

 

mdev原理

1、执行mdev -s命令时，mdev扫描/sys/block(块设备保存在/sys/block目录下,内核2.6.25版本以后，块设备也保存在/sys /class/block目录下。mdev扫描/sys/block是为了实现向后兼容)和/sys/class两个目录下的dev属性文件，从该dev 属性文件中获取到设备编号(dev属性文件以”major:minor”形式保存设备编号)，并以包含该dev属性文件的目录名称作为设备名 device_name(即包含dev属性文件的目录称为device_name，而/sys/class和device_name之间的那部分目录称为 subsystem。也就是每个dev属性文件所在的路径都可表示为/sys/class/subsystem/device_name/dev)，在 /dev目录下创建相应的设备文件。例如，cat /sys/class/tty/tty0/dev会得到4:0，subsystem为tty,device_name为tty0。

2、当mdev因uevnet事件(以前叫hotplug事件)被调用时，mdev通过由uevent事件传递给它的环境变量获取到：引起该uevent 事件的设备action及该设备所在的路径device path。

然后判断引起该uevent事件的action是什么。若该action是add，即有新设备加入到系统中，不管该设备是虚拟设备还是实际物理设备，mdev都会通过device path路径下的dev属性文件获取到设备编号，然后以device path路径最后一个目录(即包含该dev属性文件的目录)作为设备名，在/dev目录下创建相应的设备文件。若该action是remove，即设备已从系统中移除，则删除/dev目录下以device path路径最后一个目录名称作为文件名的设备文件。如果该action既不是add也不是remove，mdev则什么都不做。

由上面可知，如果我们想在设备加入到系统中或从系统中移除时，由mdev自动地创建和删除设备文件，那么就必须做到以下三点：

1、在/sys/class 的某一subsystem目录下，

2、创建一个以设备名device_name作为名称的目录，

3、并且在该device_name目录下还必须包含一个 dev属性文件，该dev属性文件以”major:minor\n”形式输出设备编号。

这里就用到了LDDM的class相关知识，大家可以参看相关章节。

也就是说，大家判断能不能使用mdev自动生成设备节点，可以在加载完驱动后，到/class/dev下看看有没有驱动主从设备号的符号链接，如果有，证明此类设备的核心已经处理了相关过程，如果没有，若还想使用mdev动态生成设备节点的话，则需要你在驱动程序中显式的调用函数创建子系统节点。

用示意图表示次过程就是：

 

 

 

mdev使用

mdev最基本的使用是在启动时或热插拔时，生成/dev设备节点，在启动脚本中加入

mount -t proc proc /proc

mount -t sysfs sysfs /sys

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

mdev -s

除了基本功能外mdev也提供了简单的根据规则执行操作的能力，这需要编辑mdev的规则文件/etc/mdev.conf，规则是这样的：

: [<@$*>]

@ 创建节点后执行的

$ 删除节点前执行的

* 创建后和删除前都运行的

看到这，大家对于概述部分LDDM为什么就可以包含设备名称的问题有没有思路呢？