29 使用 udev 进行动态内核设备管理 #

/dev 目录中的设备节点提供访问相应内核设备的途径。使用 udev 时，/dev 目录会反映内核的当前状态。每个内核设备都有相应的设备文件。如果设备从系统断开，则删除此设备节点。

/dev 目录的内容保存在临时文件系统中，系统每次启动时会显示所有文件。手动创建或修改的文件在重引导时是有意不保存的。使用 systemd-tmpfiles 可以创建始终应位于 /dev 目录中（无论相应内核设备的状态如何）的静态文件和目录。配置文件位于 /usr/lib/tmpfiles.d/ 和 /etc/tmpfiles.d/ 中。有关详细信息，请参见 systemd-tmpfiles(8) 手册页。

必需的设备信息由 sysfs 文件系统导出。对于内核检测到并已初始化的设备，将创建一个带有该设备名称的目录。它包含带有特定于设备属性的属性文件。

每次添加或删除设备时，内核都会发送 uevent 来向 udev 通知更改。udev 守护程序启动时会读取并分析 /usr/lib/udev/rules.d/*.rules 和 /etc/udev/rules.d/*.rules 文件中的所有规则，并将分析结果保留在内存中。如果更改、添加或去除了规则文件，守护程序可以使用 udevadm control --reload 命令重新加载这些规则在内存中的表示。有关 udev 规则及其语法的更多细节，请参见第 29.6 节 “使用 udev 规则影响内核设备事件处理”。

每个接收到的事件都根据所提供的规则集进行匹配。这些规则可以增加或更改事件环境键、为要创建的设备节点请求特定名称、添加指向该节点的符号链接或者添加设备节点创建后运行的程序。从内核 netlink 套接字接收驱动程序核心 uevents。

设备的内核总线驱动程序探测。对于每个检测到的设备，内核都会在驱动程序核心将 uevent 发送到 udev 守护程序时创建内部设备结构。总线设备通过特殊格式的 ID 来标识自己，该 ID 可表明其为何种设备。这些 ID 由供应商和产品 ID 以及其他特定于子系统的值组成。每个总线都有自己对于这些 ID 的方案，称为 MODALIAS。内核会获取设备信息，根据该信息生成一个 MODALIAS ID 字符串，并将该字符串与事件一起发送。对于 USB 鼠标，如下所示：

MODALIAS=usb:v046DpC03Ed2000dc00dsc00dp00ic03isc01ip02

每个设备驱动程序都带有它可以处理的设备的已知别名列表。这个列表包含在内核模块文件中。程序 depmod 会读取 ID 列表，并在内核的 /lib/modules 目录中为当前可用的所有模块创建文件 modules.alias。使用这种基础架构，模块的加载就如为每个带有 modprobe 键的事件调用 MODALIAS 一样简单。如果调用 modprobe $MODALIAS，它将组成该设备的设备别名与模块提供的别名相匹配。如果找到匹配的项，则加载该模块。所有这些操作均由 udev 自动触发。

udev 守护程序运行之前，在引导过程中发生的所有设备事件都会丢失，因为处理这些事件的基础架构位于根文件系统中，当时不可用。为了弥补此损失，内核提供了一个 uevent 文件，该文件位于 sysfs 文件系统每个设备的设备目录中。通过将 add 写入到该文件，内核将再次发送引导时丢失的相同事件。/sys 中所有 uevent 文件的简单循环将再次触发所有事件，以创建设备节点并执行设备设置。

例如，在引导期间出现的 USB 鼠标可能不会由早期引导逻辑初始化，因为驱动程序在那时不可用。此设备发现的事件丢失并且不能为该设备查找内核模块。您无需手动搜索连接的设备，udev 会在根文件系统可用后向内核请求所有设备事件，这样 USB 鼠标设备的事件就会再次运行。现在它在挂载的根文件系统上找到内核模块，因此可以初始化 USB 鼠标。

在用户空间中，设备冷插入序列和运行时期间发现的设备之间没有明显的区别。在这两种情况下，使用相同的规则来匹配并且运行相同的配置程序。

程序 udevadm monitor 可以用于直观呈现驱动程序核心事件以及 udev 事件进程的时间。

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 行显示内核已经通过 netlink 发送的事件。UDEV 行显示已经完成的 udev 事件处理程序。计时以微秒为单位显示。UEVENT 和 UDEV 之间的时间是 udev 处理此事件所花费的时间，或者是 udev 守护程序延迟执行以与相关及已在运行的事件同步此事件的时间。例如，硬盘分区的事件总是等待主磁盘设备事件完成，因为分区事件可能依赖于主磁盘事件从硬件查询的数据。

udevadm monitor --env 显示完整的事件环境：

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 也将消息发送给 syslog。用于控制将哪些消息发送到系统日志的默认系统日志优先级在 udev 配置文件 /etc/udev/udev.conf 中指定。可以使用 udevadm control --log_priority=LEVEL/NUMBER 更改正在运行的守护程序的日志优先级。

udev 规则可以与内核添加到事件本身的属性或者内核导出到 sysfs 的任何信息匹配。规则还可以从外部程序请求其他信息。系统会将事件与目录 /usr/lib/udev/rules.d/（适用于默认规则）和 /etc/udev/rules.d（系统特定的配置）中提供的所有规则进行匹配。

规则文件中的每一行至少包含一个键值对。有两种类型的键，匹配键和赋值键。如果所有匹配键与它们的值匹配，则应用此规则并将赋值键指派给特定的值。匹配规则可以指定设备节点的名称、添加指向该节点的符号链接或者运行作为事件处理一部分的特定程序。如果找不到匹配的规则，则使用默认设备节点名来创建设备节点。udev 手册页中提供了有关规则语法和用来与数据匹配或导入数据的键的详细信息。以下示例规则提供了 udev 规则语法的基本介绍。这些示例规则全部取自 udev 默认规则集 /usr/lib/udev/rules.d/50-udev-default.rules。

# 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 规则包含三个键：一个匹配键 (KERNEL) 和两个赋值键（MODE、OPTIONS）。KERNEL 匹配规则搜索设备列表以查找类型为 console 的所有项。只有完全匹配才有效，才能触发执行此规则。MODE 键为设备节点指派特殊权限，在此例中，仅会为此设备的拥有者指派读写权限。OPTIONS 键将该规则标记为此类型的所有设备最后采用的规则。匹配此特殊设备类型的任何后续规则都不产生任何影响。

50-udev-default.rules 中不再提供 serial devices 规则，但该规则仍然值得考虑。该规则包含两个匹配键（KERNEL 和 ATTRS）和一个赋值键 (SYMLINK)。KERNEL 键会搜索 ttyUSB 类型的所有设备。如果使用 * 通配符，该键会匹配多个此类设备。第二个匹配键 ATTRS 会检查任何 ttyUSB 设备的 sysfs 中的 product 属性文件是否包含特定字符串。赋值键 (SYMLINK) 会触发为该设备添加名为 /dev/pilot 的符号链接。此键中使用的运算符 (+=) 告知 udev 额外执行此操作，即使前面或后面的规则添加了其他符号链接也是如此。由于此规则包含两个匹配键，因此仅当两个条件都满足时才会应用此规则。

printer 规则适用于 USB 打印机，其中包含两个匹配键（SUBSYSTEM 和 KERNEL），并且必须同时应用这两个键，才能应用整个规则。三个赋值键处理该设备类型的命名 (NAME)、符号设备链接 (SYMLINK) 的创建，以及此设备类型的组成员资格 (GROUP)。在 KERNEL 键中使用通配符 * 会使其匹配多个 lp 打印机设备。NAME 和 SYMLINK 键中都使用了替换项，以便通过内部设备名称扩展这些字符串。例如，指向第一个 lp USB 打印机的符号链接为 /dev/usblp0。

kernel firmware loader 规则可使 udev 在运行时期间通过外部助手脚本加载其他固件。SUBSYSTEM 匹配键会搜索 firmware 子系统。ACTION 键检查是否添加了属于 firmware 子系统的任何设备。RUN+= 键会触发 firmware.sh 脚本的执行，以查找应加载的固件。

所有规则都具有如下共同特征：

动态设备目录和 udev 规则基础架构可以为所有磁盘设备提供固定名称，而不考虑它们的识别顺序或设备使用的连接。内核创建的每个相应的块设备由工具根据有关特定总线、驱动器类型或者文件系统的特殊知识进行检查。除了动态内核提供的设备节点名，udev 还维护各种指向该设备的永久符号链接：

/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

以下文件和目录包含 udev 基础架构的关键元素：

有关 udev 基础架构的更多信息，请参见以下手册页：