1.1. 概述
Linux内核中各个子系统相互依赖,当其中某个子系统状态发生改变时,就必须使用一定的机制告知使用其服务的其他子系统,以便其他子系统采取相应的措施。为满足这样的需求,内核实现了事件通知链机制(notificationchain)。
通知链只能用在各个子系统之间,而不能在内核和用户空间进行事件的通知。组成内核的核心系统代码均位于kernel目录下,通知链表位于kernel/notifier.c中,对应的头文件为include/linux/notifier.h。通知链表机制并不复杂,实现它的代码只有区区几百行。
事件通知链表是一个事件处理函数的列表,每个通知链都与某个或某些事件有关,当特定的事件发生时,就调用相应的事件通知链中的回调函数,进行相应的处理。
![Linux内核基础--事件通知链(notifier chain)_第1张图片](http://img.e-com-net.com/image/info5/7bf6574dcafc480cac4492cad2b26707.png)
图 1 内核通知链
1.2.数据结构
如图 1中所示,Linux的网络子系统一共有3个通知链:表示ipv4地址发生变化时的inetaddr_chain;表示ipv6地址发生变化的inet6addr_chain;还有表示设备注册、状态变化的netdev_chain。
在这些链中都是一个个notifier_block结构:
- struct notifier_block {
- int (*notifier_call)(struct notifier_block *, unsigned long, void *);
- struct notifier_block *next;
- int priority;
- };
其中,
1. notifier_call:当相应事件发生时应该调用的函数,由被通知方提供,如other_subsys_1;
2. notifier_block *next:用于链接成链表的指针;
3. priority:回调函数的优先级,一般默认为0。
内核代码中一般把通知链命名为xxx_chain, xxx_nofitier_chain这种形式的变量名。围绕核心数据结构notifier_block,内核定义了四种通知链类型:
1. 原子通知链( Atomic notifier chains ):通知链元素的回调函数(当事件发生时要执行的函数)在中断或原子操作上下文中运行,不允许阻塞。对应的链表头结构:
- struct atomic_notifier_head {
- spinlock_t lock;
- struct notifier_block *head;
- };
2. 可阻塞通知链( Blocking notifier chains ):通知链元素的回调函数在进程上下文中运行,允许阻塞。对应的链表头:
- struct blocking_notifier_head {
- struct rw_semaphore rwsem;
- struct notifier_block *head;
- };
3.
原始通知链( Raw notifierchains ):对通知链元素的回调函数没有任何限制,所有锁和保护机制都由调用者维护。对应的链表头:
网络子系统就是该类型,通过以下宏实现head的初始化
- static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain);
- #define RAW_NOTIFIER_INIT(name) { \
- .head= NULL }
- #define RAW_NOTIFIER_HEAD(name) \ //调用他就好了
- struct raw_notifier_head name = \
- RAW_NOTIFIER_INIT(name)
- 即:
- struct raw_notifier_head netdev_chain = {
- .head = NULL;
- }
而其回调函数的注册,比如向netdev_chain的注册函数:register_netdevice_notifier。
- struct raw_notifier_head {
- struct notifier_block *head;
- };
-
4. SRCU 通知链( SRCU notifier chains ):可阻塞通知链的一种变体。对应的链表头:
- struct srcu_notifier_head {
- struct mutex mutex;
- struct srcu_struct srcu;
- struct notifier_block *head;
- };
1.3. 运行机理
被通知一方(other_subsys_x)通过notifier_chain_register向特定的chain注册回调函数,并且一般而言特定的子系统会用特定的notifier_chain_register包装函数来注册,比如路由子系统使用的是网络子系统的:register_netdevice_notifier来注册他的notifier_block。
1.3.1. 向事件通知链注册的步骤
1. 赋值给struct notifier_block结构成员值
2. 编写notifier_call函数
3. 调用特定的事件通知链的注册函数,将notifier_block注册到通知链中。
即 blocking_notifier_chain_register(&hdmi_notifier_list, nb);
其中nb,就是初始化过的的notifier_block结构体。hdmi_notifier_list则是notifier的事件链表,通过BLOCKING_NOTIFIER_HEAD()来初始化。
如果内核组件需要处理够某个事件通知链上发出的事件通知,其就该在初始化时在该通知链上注册回调函数。
1.3.2. 通知子系统有事件发生
inet_subsys是通过notifier_call_chain来通知其他的子系统(other_subsys_x)的。
notifier_call_chain会按照通知链上各成员的优先级顺序执行回调函数(notifier_call_x);回调函数的执行现场在notifier_call_chain进程地址空间;其返回值是NOTIFY_XXX的形式,在include/linux/notifier.h中:
- #define NOTIFY_DONE 0x0000 /* 对事件视而不见 */
- #define NOTIFY_OK 0x0001 /* 事件正确处理 */
- #define NOTIFY_STOP_MASK 0x8000 /*由notifier_call_chain检查,看继续调用回调函数,还是停止,_BAD和_STOP中包含该标志 */
- #define NOTIFY_BAD (NOTIFY_STOP_MASK|0x0002) /*事件处理出错,不再继续调用回调函数 */
-
-
-
- #define NOTIFY_STOP (NOTIFY_OK|NOTIFY_STOP_MASK) /* 回调出错,不再继续调用该事件回调函数 */
notifier_call_chain捕获并返回最后一个事件处理函数的返回值;注意:notifier_call_chain可能同时被不同的cpu调用,故而调用者必须保证互斥。
1.3.3. 事件列表
对于网络子系统而言,其事件常以NETDEV_XXX命名;描述了网络设备状态(dev->flags)、传送队列状态(dev->state)、设备注册状态(dev->reg_state),以及设备的硬件功能特性(dev->features):
include/linux/notifier.h中
-
- #define NETDEV_UP 0x0001 /* 激活一个网络设备 */
- #define NETDEV_DOWN 0x0002f /* 停止一个网络设备,所有对该设备的引用都应释放 */
- #define NETDEV_REBOOT 0x0003 /* 检查到网络设备接口硬件崩溃,硬件重启 */
- #define NETDEV_CHANGE 0x0004 /* 网络设备的数据包队列状态发生改变 */
- #define NETDEV_REGISTER 0x0005 /*一个网络设备事例注册到系统中,但尚未激活 */
- #define NETDEV_UNREGISTER 0x0006 /*网络设备驱动已卸载 */
- #define NETDEV_CHANGEMTU 0x0007 /*MTU发生了改变 */
- #define NETDEV_CHANGEADDR 0x0008 /*硬件地址发生了改变 */
- #define NETDEV_GOING_DOWN 0x0009 /*网络设备即将注销,有dev->close报告,通知相关子系统处理 */
- #define NETDEV_CHANGENAME 0x000A /*网络设备名改变 */
- #define NETDEV_FEAT_CHANGE 0x000B /*feature网络硬件功能改变 */
- #define NETDEV_BONDING_FAILOVER 0x000C /* */
- #define NETDEV_PRE_UP 0x000D /* */
- #define NETDEV_BONDING_OLDTYPE 0x000E /* */
- #define NETDEV_BONDING_NEWTYPE 0x000F /* */
1.4. 简单一例:
通过上面所述,notifier_chain机制只能在内核个子系统间使用,因此,这里使用3个模块:test_notifier_chain_0、test_notifier_chain_1、test_notifier_chain_2;当 test_notifier_chain_2通过module_init初始化模块时发出事件TESTCHAIN_2_INIT;然后 test_notifier_chain_1作出相应的处理:打印 test_notifier_chain_2正在初始化。
-
-
- #include <linux/notifier.h>
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/init.h>
- #include <linux/kernel.h> /* printk() */
- #include <linux/fs.h> /* everything() */
-
- #define TESTCHAIN_INIT 0x52U
- static RAW_NOTIFIER_HEAD(test_chain);
-
-
- static int call_test_notifiers(unsigned long val, void *v)
- {
- return raw_notifier_call_chain(&test_chain, val, v);
- }
- EXPORT_SYMBOL(call_test_notifiers);
-
-
- static int register_test_notifier(struct notifier_block *nb)
- {
- int err;
- err = raw_notifier_chain_register(&test_chain, nb);
-
- if(err)
- goto out;
-
- out:
- return err;
- }
-
- EXPORT_SYMBOL(register_test_notifier);
-
- static int __init test_chain_0_init(void)
- {
- printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_0\n");
-
- return 0;
- }
-
- static void __exit test_chain_0_exit(void)
- {
- printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_0\n");
-
- }
-
- MODULE_LICENSE("GPL v2");
- MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
-
- module_init(test_chain_0_init);
- module_exit(test_chain_0_exit);
-
-
- #include <linux/notifier.h>
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/init.h>
-
- #include <linux/kernel.h> /* printk() */
- #include <linux/fs.h> /* everything() */
-
- extern int register_test_notifier(struct notifier_block *nb);
- #define TESTCHAIN_INIT 0x52U
-
-
- int test_init_event(struct notifier_block *nb, unsigned long event,
- void *v)
- {
- switch(event){
- case TESTCHAIN_INIT:
- printk(KERN_DEBUG "I got the chain event: test_chain_2 is on the way of init\n");
- break;
-
- default:
- break;
- }
-
- return NOTIFY_DONE;
- }
-
- static struct notifier_block test_init_notifier = {
- .notifier_call = test_init_event,
- };
- static int __init test_chain_1_init(void)
- {
- printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_1\n");
- register_test_notifier(&test_init_notifier);<span style="white-space:pre"> </span>
- return 0;
- }
-
- static void __exit test_chain_1_exit(void)
- {
- printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_clain_l\n");
- }
-
- MODULE_LICENSE("GPL");
- MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
-
- module_init(test_chain_1_init);
- module_exit(test_chain_1_exit);
-
-
-
- #include <linux/notifier.h>
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/init.h>
- #include <linux/kernel.h> /* printk() */
- #include <linux/fs.h> /* everything() */
-
- extern int call_test_notifiers(unsigned long val, void *v);
- #define TESTCHAIN_INIT 0x52U
-
- static int __init test_chain_2_init(void)
- {
- printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_2\n");
- call_test_notifiers(TESTCHAIN_INIT, "no_use");
-
- return 0;
- }
-
- static void __exit test_chain_2_exit(void)
- {
- printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_2\n");
- }
-
- MODULE_LICENSE("GPL v2");
- MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
-
- module_init(test_chain_2_init);
- module_exit(test_chain_2_exit);
-
- # Makefile
-
- # Comment/uncomment the following line to disable/enable debugging
- # DEBUG = y
-
-
- # Add your debugging flag (or not) to CFLAGS
- ifeq ($(DEBUG),y)
- DEBFLAGS = -O -g -DSCULL_DEBUG # "-O" is needed to expand inlines
- else
- DEBFLAGS = -O2
- endif
-
-
- ifneq ($(KERNELRELEASE),)
- # call from kernel build system
-
- obj-m := test_chain_0.o test_chain_1.o test_chain_2.o
-
- else
-
- KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
- PWD := $(shell pwd)
-
- modules:
- $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
-
- endif
-
-
-
- clean:
- rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
-
- depend .depend dep:
- $(CC) $(CFLAGS) -M *.c > .depend
-
-
- ifeq (.depend,$(wildcard .depend))
- include .depend
- endif
-
- [wang2@iwooing: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_0.ko
- [wang2@iwooing: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_1.ko
- [wang2@iwooing: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_2.ko
-
-
- [wang2@iwooing: notifier_chian]$ dmesg
-
- [ 5950.112649] I'm in test_chain_0
- [ 5956.766610] I'm in test_chain_1
- [ 5962.570003] I'm in test_chain_2
- [ 5962.570008] I got the chain event: test_chain_2 is on the way of init
-
- [ 6464.042975] Goodbye to test_chain_2
- [ 6466.368030] Goodbye to test_clain_l
- [ 6468.371479] Goodbye to test_chain_0