Udev詳解

Udev詳解

udev
linux用戶空間設備管理(Linux userspace device management)，在kernel 2.6.13後被使用，動態提供了在系統中實際存在的設備節點。
udev與不同的發佈版本有很強的依賴性。一個系統如果沒有安裝正確的udev版本，有可能造成無法啓動或者工作不正常。udev的開發團隊也不推薦使用新版本替代系統當前版本的udev.
隨着udev發佈的工具和規則文件可以改變爲己用，不是公共的API。不要直接從外部程序調用/lib/udev目錄下的私有工具，因爲在下一個發佈版本中有可能不存在這個私有工具。獲取udev相關信息只通過udevadm和libudev。在/lib/udev和/dev/.udev目錄下的所有Tools和rules都是私有的，可能在不同版本中不同。
udev要求：
  支持sysfs, procfs, signalfd, inotify,unix domain sockets, networking and hotplug的Linux kernel。
需要配置kernel的以下選項：
   CONFIG_HOTPLUG=y
      CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH=""
      CONFIG_NET=y
      CONFIG_UNIX=y
      CONFIG_SYSFS=y
      CONFIG_SYSFS_DEPRECATED*=n
      CONFIG_PROC_FS=y
      CONFIG_INOTIFY_USER=y
      CONFIG_SIGNALFD=y 
 可選項：
   CONFIG_TMPFS=y
      CONFIG_TMPFS_POSIX_ACL=y (user ACLs for device nodes)
      CONFIG_BLK_DEV_BSG=y (SCSI devices)
 如果CONFIG_SYSFS_DEPRECATED*=y則udev將不可用。
 kernel配置中禁用掉/sbin/hotplug，如果未禁用，將導致系統不穩定，因爲kernel並行創建了許多進程，會出現內存溢出。
 需要將proc文件系統掛到/proc，將sysfs掛載到/sys,因爲udev會需要這些目錄。

udev在系統啓動時，將devtmpfs掛載到/dev目錄下，udev管理kernel創建的設備節點的權限和所有權，udev會創建附加的軟鏈接。udev也可以使用tmpfs文件系統，像/dev/null, /dev/console, /dev/kmsg這樣的靜態結點，需要在udev開始時創建。
 udev守護進程通過內核的方式來開始處理設備事件，啓動過程中，kernel將爲所有udev配置的所有已存在的設備發送事件，通常是通過以下命令：
   /sbin/udevadm trigger --type=subsystems
      /sbin/udevadm trigger --type=devices
  重啓udev守護進程不需要已存在設備的規則。
  規則改變後會自動識別，不需要重啓守護進程或者發送信號。
 
基於kernel的發送設備文件創建/移除的事件，udev在/dev目錄下創建/移除結點。
所有的kernel事件與一組指定的規則相匹配，這些規則與事件處理函數和kernel模塊有關。所有的設備結點都需要主設備號、從設備號。udev還可以創建所有權限，以及軟連接來指向結點，和事件處理函數。

爲什麼使用udev

在此之前的設備文件管理方法（靜態文件和devfs）有幾個缺點：

*不確定的設備映射。特別是那些動態設備，比如USB設備，設備文件到實際設備的映射並不可靠和確定。舉一個例子：如果你有兩個USB打印機。一個可能稱 爲/dev/usb/lp0,另外一個便是/dev/usb/lp1。但是到底哪個是哪個並不清楚，lp0,lp1和實際的設備沒有一一對應的關係，因爲 他可能因爲發現設備的順序，打印機本身關閉等原因而導致這種映射並不確定。理想的方式應該是：兩個打印機應該採用基於他們的序列號或者其他標識信息的唯一 設備文件來映射。但是靜態文件和devfs都無法做到這點。

*沒有足夠的主/輔設備號。我們知道，每一個設備文件是有兩個8位的數字：一個是主設備號 ，另外一個是輔設備號來分配的。這兩個8位的數字加上設備類型（塊設備或者字符設備）來唯一標識一個設備。不幸的是，關聯這些身邊的的數字並不足夠。

*/dev目錄下文件太多。一個系統採用靜態設備文件關聯的方式，那麼這個目錄下的文件必然是足夠多。而同時你又不知道在你的系統上到底有那些設備文件是激活的。

*命名不夠靈活。儘管devfs解決了以前的一些問題，但是它自身又帶來了一些問題。其中一個就是命名不夠靈活；你別想非常簡單的就能修改設備文件的名字。缺省的devfs命令機制本身也很奇怪，他需要修改大量的配置文件和程序。;

*內核內存使用，devfs特有的另外一個問題是，作爲內核驅動模塊，devfs需要消耗大量的內存，特別當系統上有大量的設備時（比如上面我們提到的系統一個上有好幾千磁盤時）

udev的目標是想解決上面提到的這些問題，他通採用用戶空間(user-space)工具來管理/dev/目錄樹，他和文件系統分開。知道如何改變缺省配置能讓你之大如何定製自己的系統，比如創建設備字符連接，改變設備文件屬組，權限等。

 

udev的配置文件
一般放在/etc/udev/和/lib/udev/。udev的主配置文件是/etc/udev/udev.conf，裏面主要設置
udev_root和udev_log。udev_root指定放置設備結點的位置，默認是/dev。udev_log保存記錄優先級，有效的值爲err, info和debug或者syslog優先級支持的數字。
udev的規則文件
一般存放在/lib/udev/rules.d/和/etc/udev/rules.d/，前者存放默認的規則，後者存放自定義的規則。還有一個存放臨時規則的目錄/run/udev/rules.d/。這些規則彙總後按字母排序。但是/etc/udev/rules.d/下面的同名規則優先於/lib/udev/rules.d/默認的規則。
規則文件必須以.rules會後綴，否則被忽略。
規則文件支持：==,!=,=,+=,:=，*，？，[]。分別表示相等，不等，賦值，添加入列，終極賦值(後面的無效),[]配置之中某一個，[0-9]表示0到9中的一個。
關鍵字：ACTION，DEVPATH,KERNEL,NAME,SYMLINK,SYBSYSTEM,DRIVER,ATTR{filename},KERNELS,SYBSYSTEMS,DRIVERS,ATTRS{filename},TAGS,ENV{key},TAG,TEST{octal mod mask},PROGRAM,RESULT。
ACTION：事件活動名稱；常用ACTION=="add"或者ACTION=="remove"表示添加或移除。
DEVPATH：事件設備路徑；比如/dev
KERNEL:事件設備名稱;如：sd[a-z][0-9]
NAME：結點或者網絡接口名；設置一次，可全局使用。
SYBSYSTEM：事件設備子系統;比如：usb,sound,net
DRIVER：事件設備驅動名,比如：usb
ATTR{filename}：匹配事件設備的sysfs屬性值。
PROGRAM：執行匹配的程序，返回0，爲真。
ENV{key}:環境變量
RESULT：返回最後PROGRAM調用的字串。
RUN：爲指定的設備添加PROGRAM列表。
LABEL：常和GOTO使用。
BUS：總線的名字，比如IDE,USB
OPTIONS：特殊選項；last_rule爲這類設備規則執行；ignore_device 忽略當前規則； ignore_remove 忽略接下來的並移走請求，all_partitions 爲所有的磁盤分區創建設備文件。
更多參數請man udev.

libudev參考手冊：
libudev主要由以下六部分組成：
{
   udev 
   udev_list
   udev_device
   udev_monitor
   udev_enumerate
   udev_queue
}

udev結構體：主要保存從配置文件讀取的默認值。

struct udev {
 int refcount;
 void (*log_fn)(struct udev *udev,
         int priority, const char *file, int line, const char *fn,
         const char *format, va_list args);
 void *userdata;
 char *sys_path;
 char *dev_path;
 char *rules_path;
 char *run_config_path;
 char *run_path;
 struct udev_list_node properties_list;
 int log_priority;
};
udev_list_entry結構體：設備鏈表入口
struct udev_list_entry {
 struct udev_list_node node;
 struct udev *udev;
 struct udev_list_node *list;
 char *name;
 char *value;
 int num;
};
udev_device結構體：udev設備鏈表
struct udev_device {
 struct udev *udev;
 struct udev_device *parent_device;
 char *syspath;
 const char *devpath;
 char *sysname;
 const char *sysnum;
 char *devnode;
 mode_t devnode_mode;
 char *subsystem;
 char *devtype;
 char *driver;
 char *action;
 char *devpath_old;
 char *knodename;
 char *id_filename;
 char **envp;
 char *monitor_buf;
 size_t monitor_buf_len;
 struct udev_list_node devlinks_list;
 struct udev_list_node properties_list;
 struct udev_list_node sysattr_value_list;
 struct udev_list_node sysattr_list;
 struct udev_list_node tags_list;
 unsigned long long int seqnum;
 unsigned long long int usec_initialized;
 int timeout;
 int devlink_priority;
 int refcount;
 dev_t devnum;
 int ifindex;
 int watch_handle;
 int maj, min;
 bool parent_set;
 bool subsystem_set;
 bool devtype_set;
 bool devlinks_uptodate;
 bool envp_uptodate;
 bool tags_uptodate;
 bool driver_set;
 bool info_loaded;
 bool db_loaded;
 bool uevent_loaded;
 bool is_initialized;
 bool sysattr_list_read;
 bool db_persist;
};
udev_monitor結構體：udev設備事件源
struct udev_monitor {
 struct udev *udev;
 int refcount;
 int sock;
 struct sockaddr_nl snl;
 struct sockaddr_nl snl_trusted_sender;
 struct sockaddr_nl snl_destination;
 struct sockaddr_un sun;
 socklen_t addrlen;
 struct udev_list_node filter_subsystem_list;
 struct udev_list_node filter_tag_list;
 bool bound;
};
udev_enumerate結構體：查找和排序sys設備
struct udev_enumerate {
 struct udev *udev;
 int refcount;
 struct udev_list_node sysattr_match_list;
 struct udev_list_node sysattr_nomatch_list;
 struct udev_list_node subsystem_match_list;
 struct udev_list_node subsystem_nomatch_list;
 struct udev_list_node sysname_match_list;
 struct udev_list_node properties_match_list;
 struct udev_list_node tags_match_list;
 struct udev_device *parent_match;
 struct udev_list_node devices_list;
 struct syspath *devices;
 unsigned int devices_cur;
 unsigned int devices_max;
 bool devices_uptodate:1;
 bool match_is_initialized;
};
udev_queue結構體：存取當前活動事件
struct udev_queue {
 struct udev *udev;
 int refcount;
 struct udev_list_node queue_list;
 struct udev_list_node failed_list;
};

udev代碼的一般編譯選項：
./configure \
    --prefix=/usr \
    --sysconfdir=/etc \
    --sbindir=/sbin \
    --libdir=/usr/lib64 \
    --with-rootlibdir=/lib64 \
    --libexecdir=/lib/udev
   

更多資料可以參閱：
 http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/libudev/
 http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/gudev/