21 udevによる動的カーネルデバイス管理 #

/devディレクトリ内のデバイスノードを使用して、対応するカーネルデバイスにアクセスできます。udevにより、 /dev ディレクトリにカーネルの現在の状態が反映されます。カーネルデバイスは、それぞれ1つの対応するデバイスファイルを持ちます。デバイスがシステムから取り外されると、そのデバイスノードは削除されます。

/devディレクトリのコンテンツは一時的なファイルシステム内で管理され、すべてのファイルはシステムの起動時にレンダリングされます。意図的に、手動で作成または変更されたファイルはリブート時に復元されません。対応するカーネルデバイスの状態にかかわらず、/devディレクトリ内に存在する静的ファイルおよびディレクトリは、systemd-tmpfilesで作成できます。環境設定ファイルは、/usr/lib/tmpfiles.d/および/etc/tmpfiles.d/にあります。詳細については、systemd-tmpfiles(8)のマニュアルページを参照してください。

必要なデバイス情報は、sysfsファイルシステムによってエクスポートされます。カーネルが検出および初期化するすべてのデバイスについて、そのデバイス名を含んだディレクトリが作成されます。このディレクトリには、デバイス固有のプロパティのある属性ファイルが含まれます。

デバイスが追加または削除されるたびに、カーネルはueventを送信して、udevに変更を通知します。udevデーモンは起動時に/usr/lib/udev/rules.d/*.rulesおよび/etc/udev/rules.d/*.rulesファイルからすべての規則を読み込んで解析し、メモリ内に保持します。規則ファイルが変更、追加、または削除されると、このデーモンは、udevadm control --reloadコマンドで、メモリに再ロードできます。udevのルールとそれらの構文の詳細については、21.6項 「udevルールによるカーネルデバイスイベント処理への影響」を参照してください。

受信したすべてイベントは、提供されている一連のルールに照らして照合されます。ルールによって、イベント環境キーを追加または変更したり、作成するデバイスノードに特定の名前を要求したり、ノードを指すシンボリックリンクを追加したり、またはデバイスノードの作成後に実行するプログラムを追加したりできます。ドライバのコアueventは、カーネルのネットリンクソケットから受信されます。

カーネルバスドライバは、デバイスを検出します。検出されたデバイスごとに、カーネルは内部デバイス構造を作成し、ドライバコアは、ueventをudevデーモンに送信します。バスデバイスは、デバイスの種類を示す特別な形式のIDを識別します。通常、これらのIDは、ベンダー、製品IDおよびサブシステム固有の値で構成されています。各バスには、これらのIDに対してMODALIASという独自のスキームを持ちます。カーネルは、デバイス情報を読み取り、この情報からMODALIAS ID文字列を作成し、イベントとともに文字列を送信します。USBマウスの場合、次のようになります。

MODALIAS=usb:v046DpC03Ed2000dc00dsc00dp00ic03isc01ip02

各デバイスドライバは、既知の処理可能デバイスのエイリアスのリストを持ちます。このリストは、カーネルモジュールファイル自体にも含まれています。depmodプログラムは、IDリストを読み取り、現在使用可能なすべてのモジュールについて、カーネルの/lib/modulesディレクトリ内にmodules.aliasを作成します。このインフラストラクチャにより、MODALIASキーを持つイベントごとにmodprobeを呼び出すだけで簡単にモジュールをロードできます。modprobe $MODALIASが呼び出されると、そのデバイスに付けられたデバイスエイリアスとモジュールによって提示されるエイリアスとが一致します。一致したエントリが見つかると、そのモジュールがロードされます。これはすべてudevによって自動的にトリガされます。

udevデーモンが実行される前のブートプロセスで発生するすべてのデバイスイベントは失われます。これは、これらのイベントを処理するインフラストラクチャがルートファイルシステムに常駐し、その時点で使用できないからです。その消失の埋め合せに、カーネルは、sysfsファイルシステム内の各デバイスのデバイスディレクトリにueventファイルを生成します。そのファイルにaddと書き込むことにより、カーネルは、ブート時に消失したものと同じイベントを再送します。/sys内のすべてのueventファイルを含む単純なループにより、すべてのイベントが再びデバイスノードを作成し、デバイスセットアップを実行します。

たとえば、ブート時に存在するUSBマウスは、ドライバがその時点で使用できないため、初期のブートロジックでは初期化されない場合があります。デバイス検出イベントは、消失し、そのデバイスのカーネルモジュールは検出されません。接続されているデバイスを手動で検索する代わりに、ルートファイルシステムが使用可能になった後で、udevがカーネルにすべてのデバイスイベントを要求します。これにより、USBマウスデバイスのイベントが再び実行されます。これで、マウントされたrootファイルシステム上のカーネルモジュールが検出され、USBマウスを初期化できます。

ユーザスペースでは、実行時のデバイスのcoldplugシーケンスとデバイス検出との間に明らかな違いはありません。どちらの場合も、同じルールを使用して一致検出が行われ、設定された同じプログラムが実行されます。

udevadm monitorプログラムを使用すると、ドライバのコアイベントとudevイベントプロセスのタイミングをビジュアル化できます。

UEVENT[1185238505.276660] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1 (usb)
UDEV  [1185238505.279198] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1 (usb)
UEVENT[1185238505.279527] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1/3-1:1.0 (usb)
UDEV  [1185238505.285573] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1/3-1:1.0 (usb)
UEVENT[1185238505.298878] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1/3-1:1.0/input/input10 (input)
UDEV  [1185238505.305026] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1/3-1:1.0/input/input10 (input)
UEVENT[1185238505.305442] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1/3-1:1.0/input/input10/mouse2 (input)
UEVENT[1185238505.306440] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1/3-1:1.0/input/input10/event4 (input)
UDEV  [1185238505.325384] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1/3-1:1.0/input/input10/event4 (input)
UDEV  [1185238505.342257] add   /devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1/3-1:1.0/input/input10/mouse2 (input)

UEVENT行は、カーネルがnetlinkで送信したイベントを示します。UDEV行は、完了したudevイベントハンドラを示します。タイミングは、マイクロ秒で出力されます。UEVENTおよびUDEV間の時間は、udevがこのイベントの処理に要した時間、またはudevデーモンがこのイベントと関連する実行中のイベントとの同期の実行に遅れた時間です。たとえば、パーティションイベントは、メインディスクイベントがハードウェアに問い合わせたデータに依存する可能性があるため、ハードディスクパーティションのイベントは常に、メインデバイスイベントが完了するのを待ちます。

udevadm monitor --envは、完全なイベント環境を表示します。

ACTION=add
DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:1d.2/usb3/3-1/3-1:1.0/input/input10
SUBSYSTEM=input
SEQNUM=1181
NAME="Logitech USB-PS/2 Optical Mouse"
PHYS="usb-0000:00:1d.2-1/input0"
UNIQ=""
EV=7
KEY=70000 0 0 0 0
REL=103
MODALIAS=input:b0003v046DpC03Ee0110-e0,1,2,k110,111,112,r0,1,8,amlsfw

udevは、syslogにもメッセージを送信します。どのメッセージをsyslogに送信するかを左右するデフォルトのsyslog優先度は、udev設定ファイル /etc/udev/udev.conf で指定されています。実行中のデーモンのログ優先度は、udevadm control --log_priority=LEVEL/NUMBERで変更できます。

udevルールは、カーネルがイベント自体に追加する任意のプロパティや、カーネルがsysfsにエクスポートする任意の情報と一致することができます。また、この規則で、外部プログラムからの追加情報を要求することもできます。イベントは、ディレクトリ/usr/lib/udev/rules.d/ (デフォルト規則用)および/etc/udev/rules.d (システム固有の設定)で提供されるすべての規則と照合されます。

規則ファイル内の各行には、少なくとも1つのキー値ペアが含まれています。これらは、一致と割り当てキーという2種類のキーです。すべての一致キーが各値と一致する場合、その規則が適用され、割り当てキーに指定された値が割り当てられます。一致するルールがある場合、デバイスノードの名前を指定、ノードを指すシンボリックリンクを追加、またはイベント処理の一部として指定されたプログラムを実行できます。一致するルールがない場合、デフォルトのデバイスノード名を使用して、デバイスノードが作成されます。ルールの構文とデータの一致またはインポート用に提供されているキーの詳細については、udevのマニュアルページで説明されています。以下に示すルール例では、udevルール構文の基本を紹介します。これらのルール例は、すべてudevデフォルトルールセット/usr/lib/udev/rules.d/50-udev-default.rulesに含まれています。

# console
KERNEL=="console", MODE="0600", OPTIONS="last_rule"

# serial devices
KERNEL=="ttyUSB*", ATTRS{product}=="[Pp]alm*Handheld*", SYMLINK+="pilot"

# printer
SUBSYSTEM=="usb", KERNEL=="lp*", NAME="usb/%k", SYMLINK+="usb%k", GROUP="lp"

# kernel firmware loader
SUBSYSTEM=="firmware", ACTION=="add", RUN+="firmware.sh"

consoleルールは、3つのキーで構成されています。その内訳は、一致キーが1つ(KERNEL)、割り当てキーが2つ(MODE、OPTIONS)です。KERNEL一致ルールはconsoleタイプのアイテムをデバイスリストから検索します。正確な一致だけが有効であり、このルールの実行をトリガします。MODEキーは、特別パーミッションをデバイスノードに割り当てます。この例では、読み取り/書き込みパーミッションをこのデバイスの所有者にのみ割り当てます。OPTIONSキーは、この規則をこのタイプのデバイスに適用される最後の規則にします。以降の規則は、この特定デバイスタイプとマッチしても、どのような結果も生じません。

serial devicesルールは、50-udev-default.rulesには存在しなくなりましたが、依然その知識は重要です。この規則は、2つの一致キー(KERNEL、ATTRS)および1つの割り当てキー(SYMLINK)で構成されます。KERNELキーは、ttyUSBタイプのすべてのデバイスを検索します。このキーで*ワイルドカードを使用すると、これらのデバイスのいくつかとマッチします。2つ目の一致キーATTRSは、ttyUSBデバイスのsysfsにあるproduct属性ファイルに一定の文字列が含まれているかどうかをチェックします。割り当てキー(SYMLINK)は、/dev/pilotの下に、このデバイスへのシンボリックリンクを追加します。このキーで演算子(+=)を使用すると、前/後の規則が他のシンボリックリンクを追加した場合でも、udevはこの操作を追加実行します。この規則は、2つの一致キーを含むので、両方の条件が満たされる場合のみ適用されます。

printerルールは、USBプリンタを対象とし、2つの一致キー(SUBSYSTEM、KERNEL)を含みます。規則全体を適用するには、これらのキーを両方とも適用する必要があります。3つの割り当てキーは、このデバイスタイプの名前付け(NAME)、シンボリックデバイスリンクの作成、(SYMLINK)、およびこのデバイスタイプのグループメンバーシップ(GROUP)を処理します。KERNELキーで*ワイルドカードを使用すると、いくつかのlpプリンタデバイスとマッチします。NAMEおよびSYMLINKの両キーで置き換えを使用すると、これらの文字列を内部デバイス名で拡張できます。たとえば、最初のlp USBプリンタへのシンボリックリンクは/dev/usblp0になります。

kernel firmware loaderルールでは、ランタイム時の外部ヘルパースクリプトで、udevが追加ファームウェアをロードします。SUBSYSTEM一致キーは、firmwareサブシステムを検索します。ACTIONキーは、firmwareサブシステムに属するデバイスが追加されているかどうかをチェックします。RUN+=キーは、firmware.shスクリプトの実行をトリガして、ファームウェアを見つけます。

すべての規則に共通する一般的特性は次のとおりです。

動的デバイスディレクトリおよびudevルールインフラストラクチャによって、認識順序やデバイスの接続手段にかかわらず、すべてのディスクデバイスに一定の名前を指定できるようになりました。カーネルが作成する適切なブロックデバイスはすべて、特定のバス、ドライブタイプまたはファイルシステムに関する特別な知識を備えたツールによって診断されます。動的カーネルによって指定されるデバイスノード名とともに、udevは、デバイスをポイントする永続的なシンボリックリンクのクラスを維持します。

/dev/disk
|-- by-id
|   |-- scsi-SATA_HTS726060M9AT00_MRH453M4HWHG7B -> ../../sda
|   |-- scsi-SATA_HTS726060M9AT00_MRH453M4HWHG7B-part1 -> ../../sda1
|   |-- scsi-SATA_HTS726060M9AT00_MRH453M4HWHG7B-part6 -> ../../sda6
|   |-- scsi-SATA_HTS726060M9AT00_MRH453M4HWHG7B-part7 -> ../../sda7
|   |-- usb-Generic_STORAGE_DEVICE_02773 -> ../../sdd
|   `-- usb-Generic_STORAGE_DEVICE_02773-part1 -> ../../sdd1
|-- by-label
|   |-- Photos -> ../../sdd1
|   |-- SUSE10 -> ../../sda7
|   `-- devel -> ../../sda6
|-- by-path
|   |-- pci-0000:00:1f.2-scsi-0:0:0:0 -> ../../sda
|   |-- pci-0000:00:1f.2-scsi-0:0:0:0-part1 -> ../../sda1
|   |-- pci-0000:00:1f.2-scsi-0:0:0:0-part6 -> ../../sda6
|   |-- pci-0000:00:1f.2-scsi-0:0:0:0-part7 -> ../../sda7
|   |-- pci-0000:00:1f.2-scsi-1:0:0:0 -> ../../sr0
|   |-- usb-02773:0:0:2 -> ../../sdd
|   |-- usb-02773:0:0:2-part1 -> ../../sdd1
`-- by-uuid
    |-- 159a47a4-e6e6-40be-a757-a629991479ae -> ../../sda7
    |-- 3e999973-00c9-4917-9442-b7633bd95b9e -> ../../sda6
    `-- 4210-8F8C -> ../../sdd1

以下のファイルおよびディレクトリには、udevインフラストラクチャの重要な要素が含まれています。

udevインフラストラクチャの詳細については、以下のマニュアルページを参照してください。