21 使用 udev 進行動態核心裝置管理 #

/dev 中的裝置節點可用來存取對應的核心裝置。透過 udev，/dev 目錄會反映核心的目前狀態。每個核心裝置都有一個對應的裝置檔案。如果裝置與系統的連接中斷，該裝置節點就會遭到移除。

/dev 目錄的內容保存在暫存檔案系統中，而且所有檔案都會在每次系統開機時顯示。根據系統設計，手動建立或修改的檔案在重新開機後都將遺失。無論可使用 systemd-tmpfiles 建立的對應核心裝置狀態為何，靜態檔案和目錄都必須在 /dev 目錄中。組態檔案可在 /usr/lib/tmpfiles.d/ 和 /etc/tmpfiles.d/ 中找到；如需詳細資訊，請參閱 systemd-tmpfiles(8) 線上文件。

sysfs 檔案系統會輸出必要的裝置資訊。每個核心已偵測和啟始化的裝置，都會建立包含其裝置名稱的目錄。其中會包含裝置特定的屬性內容。

每次新增或移除裝置時，核心都會傳送 uevent 來通知 udev 此變更。udev 精靈會在啟動時從 /usr/lib/udev/rules.d/*.rules 和 /etc/udev/rules.d/*.rules 檔案中讀取並剖析所有規則，然後將剖析結果保留在記憶體中。如果變更、新增或移除了規則檔案，精靈可以使用 udevadm control --reload 指令重新載入這些規則在記憶體中的表示。如需有關 udev 規則及其語法的詳細資訊，請參閱第 21.6 節 「透過 udev 規則影響核心裝置事件的處理」。

每個收到的事件都將與提供的規則集合進行比對。這些規則可新增或變更事件環境識別碼、要求要建立之裝置節點的特定名稱、新增指向該節點的符號連結，或是新增要在裝置節點建立後執行的程式。驅動程式核心 uevent 是從核心網路連結插槽接收。

核心匯流排驅動程式會查探裝置。核心 (kernel) 會為每個偵測到的裝置建立一個內部裝置結構，而驅動程式核心 (core) 會向 udev 精靈傳送一個 uevent。匯流排裝置會以特殊格式的 ID 識別本身，表明其為何種裝置。通常這些 ID 會包含廠商和產品 ID，以及其他子系統特定值。每個匯流排都會指定自己的 ID 配置，即所謂的 MODALIAS。核心會接收這些裝置資訊，並根據這些資訊設定 MODALIAS ID 字串，然後隨事件一起傳送該字串。例如，USB 滑鼠的 ID 字串將如下所示︰

MODALIAS=usb:v046DpC03Ed2000dc00dsc00dp00ic03isc01ip02

每個裝置驅動程式都包含有裝置可處理的已知別名清單。清單會包含在核心模組檔案本身。depmod 程式會讀取 ID 清單，並且為目前所有可用模組在核心的 /lib/modules 目錄中建立 modules.alias 檔案。透過此基礎結構，模組載入方式就會像在每次出現帶有 MODALIAS 識別碼的事件時呼叫 modprobe 一樣容易。如果是呼叫 modprobe $MODALIAS，此次呼叫就會比對裝置的已組織裝置別名和模組指定別名。如果有找到符合項目，該模組就可載入。以上這一切都是由 udev 自動觸發。

在 udev 精靈執行之前，於開機過程中發生的所有裝置事件都會遺失，這是因為處理這些事件的基礎結構位於根檔案系統中，在該階段無法使用。為彌補這一損失，核心在 sysfs 檔案系統中之每部裝置的裝置目錄中都提供了一份 uevent 檔案。使用 add 寫入該檔案，核心便可重新傳送與開機期間所遺失的相同事件。負責 /sys 中所有 uevent 檔案的簡易迴圈，可以再次觸發所有事件，建立裝置節點並執行裝置設定。

例如，開機期間出現的 USB 滑鼠可能無法由早期的開機邏輯啟始化，這是因為當時尚無法使用驅動程式。裝置探查事件遺失，而且無法找到裝置的核心模組。您無需手動搜尋連接的裝置，udev 會在根檔案系統可用後向核心要求所有裝置事件，這樣 USB 滑鼠裝置的事件就會再次執行。現在，它會在已掛接根目錄檔案系統中找到核心模組，並讓 USB 滑鼠完成啟始化。

從使用者空間的角度，執行期間的裝置冷插拔 (ColdPlud) 順序和裝置探查並沒有明顯的不同。這兩種情況都會使用相同規則來進行比對，而且會執行相同的設定程式。

udevadm monitor 程式可用來視覺化驅動程式核心事件以及 udev 事件程序的時間。

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 行會顯示核心已透過網路連結傳送的事件。UDEV 行會顯示已完成的 udev 事件處理常式。列印時間是百萬分之一秒。介於 UEVENT 和 UDEV 之間的時間是指 udev 處理此事件所耗費的時間，或者是 udev 精靈延遲執行以便此事件能與執行中相關事件同步的時間。例如，硬碟分割區的事件始終會等待主要磁碟裝置事件完成，因為分割區事件可能與主要磁碟事件向硬體查詢的資料有關。

udevadm monitor --env 會顯示完整的事件環境︰

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 也會將訊息傳送到 syslog。控制哪些訊息要傳送到 syslog 的預設 syslog 優先程度是在 udev 的組態檔 /etc/udev/udev.conf 中指定。可以使用 udevadm control --log_priority=LEVEL/NUMBER 變更執行中精靈的記錄優先程度。

udev 規則可以比對核心新增至事件本身的任何內容，或者核心輸出到 sysfs 的任何資訊。規則也可向外部程式要求其他資訊。系統會將事件與目錄 /usr/lib/udev/rules.d/ (適用於預設規則) 和 /etc/udev/rules.d (系統專屬的組態) 中提供的所有規則進行比對。

規則檔案中的每一行都包含至少一個鍵值組合。鍵類型共有兩種，包括比對和指定鍵。當所有比對鍵都與指定值相符時就會套用規則，而該指定值就會指定給指定鍵。相符規則可以指定裝置節點的名稱、新增指向該節點的符號連結，或是在事件處理過程中執行指定的程式。如果找不到任何符合規則，就會使用預設的裝置節點名稱來建立裝置節點。如需有關規則語法和系統提供之用於比對或輸入資料的鍵的詳細資訊，請參閱 udev man 頁面。以下範例規則提供了對 udev 規則語法的基本介紹。這些範例規則全部摘自 udev 預設規則集 /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"

主控台規則包含三個鍵︰一個比對鍵 (KERNEL) 以及兩個指定鍵 (MODE、OPTIONS)。KERNEL 比對規則用於搜尋類型為主控台的所有項目的裝置清單。只有完全符合的項目才有效，才會觸發此規則讓其執行。MODE 鍵用於將特殊權限指派給裝置節點，在此案例中，僅此裝置的擁有者才會被指派讀取與寫入權限。OPTIONS 鍵用於將此規則做為要套用至所有此類型裝置的最後一條規則。符合此特殊裝置類型的任何後續規則都不會生效。

序列裝置規則在 50-udev-default.rules 中雖已不再可用，但仍值得瞭解一下。它包含兩個比對鍵 (KERNEL 和 ATTRS) 與一個指派鍵 (SYMLINK)。KERNEL 鍵用於搜尋類型為 ttyUSB 的所有裝置。使用 * 萬用字元時，此鍵可比對多部此類裝置。第二個比對鍵 ATTRS 用於檢查 sysfs 中針對 ttyUSB 裝置的 product 屬性檔案是否包含特定字串。指派鍵 (SYMLINK) 用於觸發將符號連結新增至 /dev/pilot 下的此裝置。此鍵中使用的運算子 (+=) 將告知 udev 額外執行此動作，即使先前或之後的規則會新增其他符號連結也是如此。由於此規則包含兩個比對鍵，因此僅當兩個條件均滿足時才適用。

印表機規則可處理 USB 印表機，它包含兩個比對鍵，必須同時套用這兩個鍵才能套用整個規則 (SUBSYSTEM 與 KERNEL)。三個指定鍵用於命名此裝置類型 (NAME)、建立符號裝置連結 (SYMLINK) 以及對此裝置類型的成員進行分組 (GROUP)。在 KERNEL 鍵中使用 * 萬用字元可使其符合多部 lp 印表機裝置。可以在 NAME 與 SYMLINK 鍵中使用替代項，透過內部裝置名稱延伸這些字串。例如，第一部 lp USB 印表機的符號連結會讀取 /dev/usblp0。

核心韌體載入程式規則可讓 udev 在執行時期透過外部輔助程式程序檔載入其他韌體。SUBSYSTEM 比對鍵可搜尋韌體子系統。ACTION 鍵可檢查是否已新增任何屬於韌體子系統的裝置。RUN+= 鍵可觸發執行 firmware.sh 程序檔以查找要載入的韌體。

某些一般特性適用於所有規則︰

動態裝置目錄和 udev 規則基礎架構讓系統可以為所有磁碟裝置提供固定名稱，無論裝置的辨識順序或所使用的連接為何。核心所建立的每個相應區塊裝置，都會採用針對特定匯流排、磁碟類型或檔案系統所設計的工具進行檢查。udev 會根據核心動態提供的裝置節點名稱，維護指向裝置的永久符號連結類別︰

/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

下列檔案和目錄包含了 udev 基礎結構的重要元件︰

如需關於 udev 基礎結構的詳細資訊，請參閱下列 man 頁面︰