三、在内核中有一个“Automatic kernel module loading"功能被编译到了内核中。当用户尝试打开某类型的文件时,内核会根据需要尝试加载相应的模块。我们来看看驱动程序自动加载是怎么实现的:
每一个设备都有Verdon ID, Device ID, SubVendor ID等信息。而每一个设备驱动程序,必须说明自己能够为哪些Verdon ID, Deviece
ID, SubVendor ID的设备提供服务。以PCI设备为例,它是通过一个pci_device_id的数据结构来实现这个功能的。例如:RTL8139的pci_device_id定义为:
static struct pci_device_id rtl8139_pci_tbl[] = {
{0x10ec, 0x8139, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
{0x10ec, 0x8138, PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, RTL8139 },
......
}
在模块安装的时候,depmod会根据模块中的rtl8139_pci_tbl的信息,生成下面的信息,保存到/lib/modules/uname-r /modules.alias文件中,其内容如下:
alias pci:v000010ECd00008138sv*sd*bc*sc*i* 8139too
alias pci:v000010ECd00008139sv*sd*bc*sc*i* 8139too
......
另外在/lib/modules/uname-r /modules.dep文件中还保存这模块之间的依赖关系,其内容如下:
(这里省去了路径信息。)
8139too.ko:mii.ko
在内核启动过程中,总线驱动程序会会总线协议进行总线枚举(总线驱动程序总是集成在内核之中,不能够按模块方式加载,你可以通过make menuconfig进入Bus
options,这里面的各种总线,你只能够选择Y或N,而不能选择M.),并且为每一个设备建立一个设备对象。每一个总线对象有一个kset对象,每一
个设备对象嵌入了一个kobject对象,kobject连接在kset对象上,这样总线和总线之间,总线和设备设备之间就组织成一颗树状结构。当总线驱
动程序为扫描到的设备建立设备对象时,会初始化kobject对象,并把它连接到设备树中,同时会调用kobject_uevent()把这个(添加新设
备的)事件,以及相关信息(包括设备的VendorID,DeviceID等信息。)通过netlink发送到用户态中。在用户态的udevd检测到这个
事件,就可以根据这些信息,打开/lib/modules/uname-r
/modules.alias文件,根据
alias pci:v000010ECd00008138sv*sd*bc*sc*i* 8139too
得知这个新扫描到的设备驱动模块为8139too。于是modprobe就知道要加载8139too这个模块了,同时modprobe根据
modules.dep文件发现,8139too依赖于mii.ko,如果mii.ko没有加载,modprobe就先加载mii.ko,接着再加载
8139too.ko。试验
在你的shell中,运行:
# ps aux | grep udevd
# kill -9 25063 然后跟踪udevd,在shell中运行:
# strace -f /sbin/udevd --daemon
这时,我们看到udevd的输出如下:
......
close(8) = 0
munmap(0xb7f8c000, 4096) = 0
select(7, [3 4 5 6], NULL, NULL, NULL我们发现udevd在这里被阻塞在select()函数中。
select函数原型如下:
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
第一个参数:nfds表示最大的文件描述符号,这里为7(明明是6 ?)。
第二个参数:readfds为读文件描述符集合,这里为3,4,5,6.
第三个参数:writefds为写文件描述符集合,这里为NULL。
第四个参数:exceptfds为异常文件描述符集合,这里为NULL。
第五个参数:timeout指定超时时间,这里为NULL。select函数的作用是:如果readfds中的任何一个文件有数据可读,或者witefds中的任何一个文件可以写入,或者exceptfds中的任
何一个文件出现异常时,就返回。否则阻塞当前进程,直到上诉条件满足,或者因阻塞时间超过了timeout指定的时间,当前进程被唤醒,select返
回。 所以,在这里udevd等待3,4,5,6这几个文件有数据可读,才会被唤醒。现在,到shell中运行:
# ps aux | grep udevd
root 27615 ...... strace -o /tmp/udevd.debug -f /sbin/udevd --daemon
root 27617 ...... /sbin/udevd --daemon
udevd的进程id为27617,现在我们来看看select等待的几个文件:
# cd /proc/27615/fd
# ls -l
udevd的标准输入,标准输出,标准错误全部为/dev/null.
0 -> /dev/null
1 -> /dev/null
2 -> /dev/null
udevd在下面这几个文件上等待。
3 -> /inotify
4 -> socket:[331468]
5 -> socket:[331469]
6 -> pipe:[331470]
7 -> pipe:[331470]由于不方便在运行中插入一块8139的网卡,因此现在我们以一个U盘来做试验,当你插入一个U盘后,你将会看到strace的输出,从它的输出可以看到
udevd在select返回后,调用了modprobe加载驱动模块,并调用了sys_mknod,在dev目录下建立了相应的节点。
execve("/sbin/modprobe", ["/sbin/modprobe", "-Q", "usb:v05ACp1301d0100dc00dsc00dp00"...]
......
mknod("/dev/sdb", S_IFBLK|0660, makedev(8, 16)) = 0
......这里modprobe的参数"usb:v05AC..."对应modules.alias中的某个模块。
可以通过udevmonitor来查看内核通过netlink发送给udevd的消息,在shell中运行:
# udevmonitor --env
然后再插入U盘,就会看到相关的发送给udevd的消息。