Linux內核基礎--事件通知鏈(notifier chain)

1.1. 概述

Linux內核中各個子系統相互依賴，當其中某個子系統狀態發生改變時，就必須使用一定的機制告知使用其服務的其他子系統，以便其他子系統採取相應的措施。爲滿足這樣的需求，內核實現了事件通知鏈機制（notificationchain）。

通知鏈只能用在各個子系統之間，而不能在內核和用戶空間進行事件的通知。組成內核的核心繫統代碼均位於kernel目錄下，通知鏈表位於kernel/notifier.c中，對應的頭文件爲include/linux/notifier.h。通知鏈表機制並不複雜，實現它的代碼只有區區幾百行。

事件通知鏈表是一個事件處理函數的列表，每個通知鏈都與某個或某些事件有關，當特定的事件發生時，就調用相應的事件通知鏈中的回調函數，進行相應的處理。

推薦閱讀：

Linux內核驅動開發之KGDB原理介紹及kgdboe方式配置 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-06/86406.htm

Linux內核中memcpy和memmove函數的區別和實現 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-06/85344.htm

圖 1 內核通知鏈

1.2．數據結構

如圖 1中所示，Linux的網絡子系統一共有3個通知鏈：表示ipv4地址發生變化時的inetaddr_chain；表示ipv6地址發生變化的inet6addr_chain；還有表示設備註冊、狀態變化的netdev_chain。

在這些鏈中都是一個個notifier_block結構：

struct notifier_block {
      int (*notifier_call)(struct notifier_block *, unsigned long, void *);
      struct notifier_block *next;
      int priority;
};

其中，

1. notifier_call：當相應事件發生時應該調用的函數，由被通知方提供，如other_subsys_1；

2. notifier_block *next：用於鏈接成鏈表的指針；

3. priority：回調函數的優先級，一般默認爲0。

內核代碼中一般把通知鏈命名爲xxx_chain, xxx_nofitier_chain這種形式的變量名。圍繞核心數據結構notifier_block，內核定義了四種通知鏈類型：

1. 原子通知鏈（ Atomic notifier chains ）：通知鏈元素的回調函數（當事件發生時要執行的函數）在中斷或原子操作上下文中運行，不允許阻塞。對應的鏈表頭結構：

struct atomic_notifier_head {
spinlock_t lock;
struct notifier_block *head;
};

2. 可阻塞通知鏈（ Blocking notifier chains ）：通知鏈元素的回調函數在進程上下文中運行，允許阻塞。對應的鏈表頭：

struct blocking_notifier_head {
struct rw_semaphore rwsem;
struct notifier_block *head;
};

3. 原始通知鏈（ Raw notifierchains ）：對通知鏈元素的回調函數沒有任何限制，所有鎖和保護機制都由調用者維護。對應的鏈表頭：

網絡子系統就是該類型，通過以下宏實現head的初始化

static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain);
#define RAW_NOTIFIER_INIT(name) { \
.head= NULL }
#define RAW_NOTIFIER_HEAD(name) \ //調用他就好了
struct raw_notifier_head name = \
RAW_NOTIFIER_INIT(name)
即：
struct raw_notifier_head netdev_chain = {
.head = NULL;
}

而其回調函數的註冊，比如向netdev_chain的註冊函數：register_netdevice_notifier。

struct raw_notifier_head {
struct notifier_block *head;
};

4. SRCU 通知鏈（ SRCU notifier chains ）：可阻塞通知鏈的一種變體。對應的鏈表頭：

struct srcu_notifier_head {
struct mutex mutex;
struct srcu_struct srcu;
struct notifier_block *head;
};

1.3. 運行機理

被通知一方（other_subsys_x）通過notifier_chain_register向特定的chain註冊回調函數，並且一般而言特定的子系統會用特定的notifier_chain_register包裝函數來註冊，比如路由子系統使用的是網絡子系統的：register_netdevice_notifier來註冊他的notifier_block。

1.3.1. 向事件通知鏈註冊的步驟

1. 申明struct notifier_block結構

2. 編寫notifier_call函數

3. 調用特定的事件通知鏈的註冊函數，將notifier_block註冊到通知鏈中

如果內核組件需要處理夠某個事件通知鏈上發出的事件通知，其就該在初始化時在該通知鏈上註冊回調函數。

1.3.2. 通知子系統有事件發生

inet_subsys是通過notifier_call_chain來通知其他的子系統（other_subsys_x）的。

notifier_call_chain會按照通知鏈上各成員的優先級順序執行回調函數（notifier_call_x）；回調函數的執行現場在notifier_call_chain進程地址空間；其返回值是NOTIFY_XXX的形式，在include/linux/notifier.h中：

#define NOTIFY_DONE 0x0000 /* 對事件視而不見 */
#define NOTIFY_OK 0x0001 /* 事件正確處理 */
#define NOTIFY_STOP_MASK 0x8000 /*由notifier_call_chain檢查，看繼續調用回調函數，還是停止，_BAD和_STOP中包含該標誌 */
#define NOTIFY_BAD (NOTIFY_STOP_MASK|0x0002) /*事件處理出錯，不再繼續調用回調函數 */
/*
*Clean way to return from the notifier and stop further calls.
*/
#define NOTIFY_STOP (NOTIFY_OK|NOTIFY_STOP_MASK) /* 回調出錯，不再繼續調用該事件回調函數 */

notifier_call_chain捕獲並返回最後一個事件處理函數的返回值；注意：notifier_call_chain可能同時被不同的cpu調用，故而調用者必須保證互斥。

1.3.3. 事件列表

對於網絡子系統而言，其事件常以NETDEV_XXX命名；描述了網絡設備狀態（dev->flags）、傳送隊列狀態（dev->state）、設備註冊狀態（dev->reg_state），以及設備的硬件功能特性（dev->features）：

include/linux/notifier.h中

/* netdevice notifier chain */
#define NETDEV_UP 0x0001 /* 激活一個網絡設備 */
#define NETDEV_DOWN 0x0002f /* 停止一個網絡設備，所有對該設備的引用都應釋放 */
#define NETDEV_REBOOT 0x0003 /* 檢查到網絡設備接口硬件崩潰，硬件重啓 */
#define NETDEV_CHANGE 0x0004 /* 網絡設備的數據包隊列狀態發生改變 */
#define NETDEV_REGISTER 0x0005 /*一個網絡設備事例註冊到系統中，但尚未激活 */
#define NETDEV_UNREGISTER 0x0006 /*網絡設備驅動已卸載 */
#define NETDEV_CHANGEMTU 0x0007 /*MTU發生了改變 */
#define NETDEV_CHANGEADDR 0x0008 /*硬件地址發生了改變 */
#define NETDEV_GOING_DOWN 0x0009 /*網絡設備即將註銷，有dev->close報告，通知相關子系統處理 */
#define NETDEV_CHANGENAME 0x000A /*網絡設備名改變 */
#define NETDEV_FEAT_CHANGE 0x000B /*feature網絡硬件功能改變 */
#define NETDEV_BONDING_FAILOVER 0x000C /* */
#define NETDEV_PRE_UP 0x000D /* */
#define NETDEV_BONDING_OLDTYPE 0x000E /* */
#define NETDEV_BONDING_NEWTYPE 0x000F /* */

1.4. 簡單一例：

通過上面所述，notifier_chain機制只能在內核個子系統間使用，因此，這裏使用3個模塊：test_notifier_chain_0、test_notifier_chain_1、test_notifier_chain_2；當 test_notifier_chain_2通過module_init初始化模塊時發出事件TESTCHAIN_2_INIT；然後 test_notifier_chain_1作出相應的處理：打印 test_notifier_chain_2正在初始化。

/* test_chain_0.c ：0. 申明一個通知鏈；1. 向內核註冊通知鏈；2. 定義事件； 3. 導出符號，因而必需最後退出*/

#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);

/* define our own notifier_call_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);

/* define our own notifier_chain_register func */
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");
// call_test_notifiers(TESTCHAIN_EXIT, (int *)NULL);
}

MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("fishOnFly");

module_init(test_chain_0_init);
module_exit(test_chain_0_exit);

/* test_chain_1.c ：1. 定義回調函數；2. 定義notifier_block；3. 向chain_0註冊notifier_block；*/
#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

/* realize the notifier_call func */
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;
}
/* define a notifier_block */
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>// 由chain_0提供的設施
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);

/* test_chain_2.c：發出通知鏈事件*/

#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

Linux內核基礎--事件通知鏈(notifier chain)

1.1. 概述

1.2．數據結構

1.3.1. 向事件通知鏈註冊的步驟

1.3.2. 通知子系統有事件發生

1.3.3. 事件列表

1.4. 簡單一例：

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