14.7. 熱插拔

14.7.?熱插拔

有 2 個不同方法來看熱插拔. 內(nèi)核看待熱插拔為硬件, 內(nèi)核和內(nèi)核驅(qū)動之間的交互. 用戶看待熱插拔是內(nèi)核和用戶空間的通過稱為 /sbin/hotplug 的程序的交互. 這個程序被內(nèi)核調(diào)用, 當(dāng)它想通知用戶空間某種熱插拔事件剛剛在內(nèi)核中發(fā)生.

14.7.1.?動態(tài)設(shè)備

術(shù)語"熱插拔"最普遍使用的意義產(chǎn)生于當(dāng)討論這樣的事實時, 幾乎所有的計算機系統(tǒng)現(xiàn)在能夠處理當(dāng)系統(tǒng)有電時設(shè)備的出現(xiàn)或消失. 這非常不同于只是幾年前的計算機系統(tǒng), 那時程序員知道他們只需要在啟動時掃描所有的設(shè)備, 并且他們從不必?fù)?dān)心他們的設(shè)備消失直到整個機器被關(guān)電. 現(xiàn)在, 隨著 USB 的出現(xiàn), CardBus, PCMCIA, IEEE1394, 和 PCI 熱插拔控制器, Linux 內(nèi)核需要能夠可靠地運行不管什么硬件從系統(tǒng)中增加或去除. 這產(chǎn)生了一個額外的負(fù)擔(dān)給設(shè)備驅(qū)動作者, 因為現(xiàn)在他們必須一直處理一個沒有任何通知而突然從地下冒出來的設(shè)備.

每個不同的總線類型以不同方式處理一個設(shè)備的消失. 例如, 當(dāng)一個 PCI , CardBus, 或者 PCMCIA 設(shè)備從系統(tǒng)中去除, 在驅(qū)動通過它的去除函數(shù)被通知之前常常是一會兒. 在發(fā)生這個前, 所有的從 PCI 的讀返回所有的位集合. 這意味著驅(qū)動需要一直檢查它們從 PCI 總線讀取的值并且能夠正確處理 0xff 值.

這個的一個例子可在 drivers/usb/host/ehci-hcd.c 驅(qū)動中見到, 它是一個 PCI 驅(qū)動給一個 UBS 2.0(高速)控制卡. 它有下面的代碼在它的主握手循環(huán)中來探測是否控制塊已經(jīng)從系統(tǒng)中去除.

result = readl(ptr);
if (result == ~(u32)0)  /* card removed */
 return -ENODEV; 

對于 USB 驅(qū)動, 當(dāng)一個 USB 驅(qū)動被綁定到的設(shè)備被從系統(tǒng)中去除, 任何掛起的已被提交給設(shè)備的 urbs 以錯誤 -ENODEV 失敗. 如果發(fā)生這個情況, 驅(qū)動需要識別這個錯誤并且正確清理任何掛起的 I/O .

可熱插拔的設(shè)備不只限于傳統(tǒng)的設(shè)備, 例如鼠標(biāo), 鍵盤, 和網(wǎng)卡. 有大量的系統(tǒng)現(xiàn)在支持整個 CPU 和內(nèi)存條的移出. 幸運地, Linux 內(nèi)核正確處理這些核心"系統(tǒng)"設(shè)備的加減, 以至于單個設(shè)備驅(qū)動不需要注意這些事情.

14.7.2.?/sbin/hotplug 工具

如同本章中前面提過的, 無論何時一個設(shè)備從系統(tǒng)中增刪, 都產(chǎn)生一個"熱插拔事件". 這意味著內(nèi)核調(diào)用用戶空間程序 /sbin/hotplug. 這個程序典型地是一個非常小的 bash 腳本, 只傳遞執(zhí)行給一系列其他的位于 /etc/hot-plug.d/ 目錄樹的程序. 對于大部分的 Linux 發(fā)布, 這個腳本看來如下:

DIR="/etc/hotplug.d"
for I in "${DIR}/$1/"*.hotplug "${DIR}/"default/*.hotplug ; do
 if [ -f $I ]; then
 test -x $I && $I $1 ;
 fi
done
exit 1

換句話說, 這個腳本搜索所有的有 .hotplug 后綴的可能對這個事件感興趣的程序并調(diào)用它們, 傳遞給它們許多不同的環(huán)境變量, 這些環(huán)境變量已經(jīng)被內(nèi)核設(shè)置. 更多關(guān)于 /sbin/hotplug 腳本如何工作的細(xì)節(jié)可在程序的注釋中找到, 以及在 hotplug(8)手冊頁中.

如同前面提到的, /sbin/hotplug 被調(diào)用無論何時一個 kobject 被創(chuàng)建或銷毀. 熱插拔程序被用一個提供事件名子的單個命令行參數(shù)調(diào)用. 核心內(nèi)核和涉及到的特定子系統(tǒng)也設(shè)定一系列帶有關(guān)于發(fā)生了什么的信息的環(huán)境變量(下面描述). 這些變量被熱插拔程序使用來判定剛剛在內(nèi)核發(fā)生了什么, 以及是否有任何特定的動作應(yīng)當(dāng)采取.

傳遞給 /sbin/hotplug 的命令行參數(shù)是關(guān)聯(lián)這個熱插拔事件的名子, 如同分配給 kobject 的 kset 所決定的. 這個名子可通過一個對屬于本章前面描述過的 kset 的 hotplug_ops 結(jié)構(gòu)的 name 函數(shù)的調(diào)用來設(shè)定; 如果那個函數(shù)不存在或者從未被調(diào)用, 名子是 kset 自身的名子.

一直為 /sbin/hotplug 設(shè)定的缺省的環(huán)境變量是:

ACTION
這個字符串 add 或 remove, 只根據(jù)是否這個對象是被創(chuàng)建或者銷毀.

DEVPATH
一個目錄路徑, 在 sysfs 文件系統(tǒng)中, 它指向在被創(chuàng)建或銷毀的 kobject. 注意 sysfs 文件系統(tǒng)的加載點不是添加到這路徑, 因此是由用戶空間程序來決定這個.

SEQNUM
這個熱插拔事件的順序號. 順序號是一個 64-位 數(shù), 它每次產(chǎn)生熱插拔事件都遞增. 這允許用戶空間以內(nèi)核產(chǎn)生它們的順序來排序熱插拔事件, 因為對一個用戶空間程序可能亂序運行.

SUBSYSTEM
同樣的字符串作為前面描述的命令行參數(shù)傳遞.

許多不同的總線子系統(tǒng)都添加它們自己的環(huán)境變量到 /sbin/hotplug 調(diào)用中, 當(dāng)關(guān)聯(lián)到總線的設(shè)備被添加或從系統(tǒng)中去除. 它們在它們的熱插拔回調(diào)中做這個, 這個回調(diào)在分配給它們的總線(如同在"熱插拔操作"一節(jié)中描述的)的 struct kset_hotplug_ops 中指定. 這允許用戶空間能夠自動加載必要的可能需要來控制這個被總線發(fā)現(xiàn)的設(shè)備的模塊. 這里是一個不同總線類型的列表以及它們添加到 /sbin/hotplug 調(diào)用中的環(huán)境變量.

14.7.2.1.?IEEE1394(火線)

任何在 IEEE1394 總線, 也是火線, 上的設(shè)備, 由 /sbin/hotplug 參數(shù)名和 SUBSYSTEM 環(huán)境變量設(shè)置為值 ieee1394. ieee1394 子系統(tǒng)也總是添加下列 4 個環(huán)境變量:

VENDOR_ID
IEEE1394 的 24-位 供應(yīng)者 ID.

MODEL_ID
IEEE1394 的 24-位型號 ID.

GUID
設(shè)備的 64-位 GUID.

SPECIFIER_ID
24-位值, 指定設(shè)備的協(xié)議規(guī)格的擁有者.

VERSION
指定設(shè)備協(xié)議規(guī)格的版本的值

14.7.2.2.?網(wǎng)絡(luò)

所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都創(chuàng)建一個熱插拔事件, 當(dāng)設(shè)備注冊或者注銷在內(nèi)核. /sbin/hotplug 調(diào)用有參數(shù) name 和 SUBSYSTEM 環(huán)境變量設(shè)置為 net, 并且只添加下列環(huán)境變量:

INTERFACE
已經(jīng)從內(nèi)核注冊或注銷的接口的名子. 這個的例子是 lo 和 eth0.

14.7.2.3.?PCI 總線

任何在 PCI 總線上的設(shè)備有參數(shù) name 和 SUBSYSTEM 環(huán)境變量設(shè)置為值 pci. PCI 子系統(tǒng)也一直添加下面 4 個環(huán)境變量:

PCI_CLASS
設(shè)備的 PCI 類號, 16 進(jìn)制.

PCI_ID
設(shè)備的 PCI 供應(yīng)商和設(shè)備 ID, 16進(jìn)制, 結(jié)合成這樣的格式 供應(yīng)者:設(shè)備.

PCI_SUBSYS_ID
PCI 子系統(tǒng)供應(yīng)商和子系統(tǒng)設(shè)備 ID, 以 子系統(tǒng)供應(yīng)者:子系統(tǒng)設(shè)備 的格式結(jié)合.

PCI_SLOT_NAME
PCI 插口"名", 內(nèi)核給予這個設(shè)備的. 它以這樣的格式 域:總線:插口:功能. 一個例子可能是: 0000:00:0d.0.

14.7.2.4.?輸入

對所有的輸入設(shè)備(鼠標(biāo), 鍵盤, 游戲桿, 等等), 一個熱插拔事件當(dāng)設(shè)備從內(nèi)核增減時產(chǎn)生. /sbin/hotplug 參數(shù)和 SUBSYSTEM 環(huán)境變量被設(shè)置為值 input. 輸入子系統(tǒng)也總是添加下面的環(huán)境變量:

PRODUCT
一個多值字符串, 用 16 進(jìn)制列出值沒有前導(dǎo) 0. 它的格式是 bustype:vender:product:version.

下列環(huán)境變量可能出現(xiàn), 如果設(shè)備支持它:

NAME
輸入設(shè)備的名子, 如同設(shè)備給定的.

PHYS
輸入子系統(tǒng)給這個設(shè)備的設(shè)備的物理地址. 它假定是穩(wěn)定的, 依賴設(shè)備所插入的總線的位置.

EVKEYRELABSMSCLEDSNDFF
這些都來自輸入設(shè)備描述符并且被設(shè)置為合適的值如果特定的輸入設(shè)備支持它.

14.7.2.5.?USB 總線

任何在 USB 總線上的設(shè)備有參數(shù) name 和 SUBSYSTEM 環(huán)境變量設(shè)置為 usb. USB 子系統(tǒng)也總是一直添加下列的環(huán)境變量:

PRODUCT
一個字符串, idVendor/idProduct/bcdDevice 的格式, 來指定這些 USB 設(shè)備特定的成員.

TYPE
一個 bDeviceClass/bDeviceSubClass/bDeviceProtocol 格式的字符串, 指定這些 USB 設(shè)備特定的成員.

如果 bDeviceClass 成員設(shè)置為 0, 下列的環(huán)境變量也被設(shè)置:

INTERFACE
一個 bInterfaceClass/bInterfaceSubClass/bInterfaceProtocol 格式的字符串, 指定這些 USB 設(shè)備特定成員.

如果這個內(nèi)核建立選項, CONFIG_USB_DEVICEFS, 它選擇 usbfs 文件系統(tǒng)來在內(nèi)核中建立, 被選中, 下列環(huán)境變量也被設(shè)置:

DEVICE
一個字符串, 在設(shè)備所在的 usbfs 文件系統(tǒng)中出現(xiàn). 這個字串以 /proc/bus/usb/USB_BUS_NUMBER/USB_DEVICE_NUMBER 的格式, 其中 USB_BUS_NUMBER 是這個設(shè)備所在的 USB 總線的 3 個數(shù), USB_DEVICE_NUMBER 是已由內(nèi)核分配給 USB 設(shè)備的 3 位數(shù).

14.7.2.6.?SCSI 總線

所有的 SCSI 設(shè)備創(chuàng)建一個熱插拔事件當(dāng) SCSI 設(shè)備從內(nèi)核中創(chuàng)建或去除. /sbin/hotplug 調(diào)用有參數(shù) name 和 SUBSYSTEM 環(huán)境變量設(shè)置為 scsi 給每個添加或去除自系統(tǒng)的 SCSI 設(shè)備. 沒有額外的環(huán)境變量由 SCSI 系統(tǒng)添加, 但是它被在此提及因為有一個 SCSI 特定的用戶空間腳本來決定什么 SCSI 驅(qū)動( 磁盤, 磁帶, 通用, 等等)應(yīng)當(dāng)給這個特定 SCSI 設(shè)備加載.

14.7.2.7.?膝上電腦塢站

如果一個支持即插即用的膝上電腦塢站被從運行中的 Linux 系統(tǒng)中添加或去除( 通過插入膝上電腦到塢站中, 或者去除它), 一個熱插拔事件被產(chǎn)生. /sbin/hotplug 調(diào)用有參數(shù) name 和 SUBSYSTEM 環(huán)境變量設(shè)為 dock. 沒有其他的環(huán)境變量被設(shè)置.

14.7.2.8.?S/390 和 zSeries

在 S/390 體系中, 通道總線結(jié)構(gòu)支持很廣范圍的硬件, 所有產(chǎn)生 /sbin/hotplug 事件當(dāng)它們從 Linux 虛擬系統(tǒng)被添加或去除時的硬件. 這些設(shè)備都有 /sbin/hotplug 參數(shù) name 和 SUBSYSTEM 環(huán)境變量設(shè)置為 dasd. 沒有其他環(huán)境變量被設(shè)置.

14.7.3.?使用 /sbin/hotplug

現(xiàn)在 Linux 內(nèi)核在調(diào)用 /sbin/hotplug 為每個設(shè)備, 添加和刪除自內(nèi)核, 許多非常有用的工具在用戶空間已被創(chuàng)建來利用這一點. 2 個最常用的工具是 Linux 熱插拔腳本和 udev.

14.7.3.1.?Linux 熱插拔腳本

Linux 熱插拔腳本作為 /sbin/hotplug 調(diào)用的第一個用戶而啟動. 這些腳本查看內(nèi)核設(shè)置的來描述剛剛發(fā)現(xiàn)的設(shè)備的不同的環(huán)境變量, 并接著試圖發(fā)現(xiàn)一個匹配這個設(shè)備的內(nèi)核模塊.

如同前面描述的, 當(dāng)一個驅(qū)動使用 MODULE_DEVICE_TABLE 宏, 程序 depmod 采用這個信息并創(chuàng)建位于 /lib/module/KERNEL_VERSION/modules.map 的文件. 這個 是不同的, 根據(jù)驅(qū)動支持的總線類型. 當(dāng)前, 模塊 map 文件為使用設(shè)備的驅(qū)動而產(chǎn)生, 這些設(shè)備支持 PCI, USB, IEEE1394, INPUT, ISAPNP, 和 CCW 子系統(tǒng).

熱插拔腳本使用這些模塊映射文本文件, 來決定試圖加載什么模塊來支持內(nèi)核剛剛發(fā)現(xiàn)的設(shè)備. 它們加載所有的模塊, 在第一次匹配時不停止, 為了使內(nèi)核發(fā)現(xiàn)那個模塊工作得最好. 這些腳本不加載任何模塊當(dāng)驅(qū)動被去除時. 如果它們要試圖做這個, 它們可能偶然地關(guān)閉被同一個要被去除的驅(qū)動控制的設(shè)備.

注意, 現(xiàn)在 modprobe 程序能直接從模塊中讀 MODULE_DEVICE_TABLE 信息而不需要模塊 map 文件, 熱插拔腳本可能被刪減為一個小的在 modprobe 程序周圍的包裝.

14.7.3.2.?udev 啥?

在內(nèi)核中創(chuàng)建統(tǒng)一的驅(qū)動模型的一個主要原因是允許用戶空間動態(tài)管理 /dev 樹. 這之前已使用 devfs 的實現(xiàn)在用戶空間實現(xiàn), 但是那個代碼底線已慢慢消失, 由于缺少一個活躍的維護(hù)者以及一些無法修正的核心 bug. 許多內(nèi)核開發(fā)者認(rèn)識到如果所有的設(shè)備信息被輸出給用戶空間, 它可能進(jìn)行所有的必要的 /dev 樹的管理.

devfs 在它的設(shè)計中有一些非?；A(chǔ)的缺陷. 它需要每個設(shè)備驅(qū)動被修改來支持它, 并且它要求設(shè)備驅(qū)動來指定名子和在它所在的 /dev 樹中的位置. 它也沒有正確處理動態(tài)主次編號, 并且它不允許用戶空間以簡單方式覆蓋設(shè)備的命名, 這樣來強制設(shè)備命名策略于內(nèi)核中而不是在用戶空間. Linux 內(nèi)核開發(fā)中非常厭惡使策略在內(nèi)核中, 并且因為 devfs 命名策略不遵循 Linux 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)規(guī)格, 它確實困擾他們.

隨著 Linux 內(nèi)核開始安裝到大型服務(wù)器, 許多用戶遇到如何管理大量設(shè)備的問題. 超過 10,000 個單一設(shè)備的磁盤驅(qū)動陣列提出了非常困難的任務(wù), 保證一個特定磁盤一直使用相同的名子命名, 不管它在磁盤陣列的哪里或者它什么時候被內(nèi)核發(fā)現(xiàn). 同樣的問題也折磨著桌面用戶, 想插入 2 個 USB 打印機到他們的系統(tǒng), 并且接著發(fā)現(xiàn)它們沒有辦法保證已知為 /dev/lpt0 的打印機不會改變并分配給其他的打印機如果系統(tǒng)重啟.

因此, udev 被創(chuàng)建. 它依靠所有通過 sysfs 輸出給用戶空間的設(shè)備信息, 并且依靠被 /sbin/hotplug 通知有設(shè)備添加或去除. 策略決策, 例如給一個設(shè)備什么名子, 可在用戶空間指定, 內(nèi)核之外. 這保證了命名策略被從內(nèi)核中去除并且允許大量每個設(shè)備名子的靈活性.

對更多的關(guān)于如何使用 udev 和如何配置它的信息, 請看在你的發(fā)布中和 udev 軟件包一起的文檔.

所有的一個設(shè)備驅(qū)動需要做的, 為 udev 正確使用它, 是確保任何分配給一個驅(qū)動控制的設(shè)備的主次編號通過 sysfs 輸出到用戶空間. 對任何使用一個子系統(tǒng)來安排它一個主次編號的驅(qū)動, 這已經(jīng)由子系統(tǒng)完成, 并且驅(qū)動不必做任何工作. 做這個的子系統(tǒng)的例子是 tty, misc, usb, input, scsi, block, i2c, network, 和 frame buffer 子系統(tǒng). 如果你的驅(qū)動自己獲得一個主次編號, 通過對 cdev_init 函數(shù)的調(diào)用或者更老的 register_chrdev 函數(shù), 驅(qū)動需要被修改以便 udev 能夠正確使用它.

udev 查找一個稱為 dev 的文件在 sysfs 的 /class/ 樹中, 為了決定分配什么主次編號給一個特定設(shè)備當(dāng)它被內(nèi)核通過 /sbin/hotplug 接口調(diào)用時. 一個設(shè)備驅(qū)動只要為每個它控制的設(shè)備創(chuàng)建這個文件. class_simple 接口常常是最易的做這個的方法.

如同" class_simple 接口"一節(jié)中提過的, 使用 class_simple 接口的第一步是調(diào)用 class_simple_create 函數(shù)來創(chuàng)建一個 struct class_simple.

static struct class_simple *foo_class;
...
foo_class = class_simple_create(THIS_MODULE, "foo");
if (IS_ERR(foo_class)) {
 printk(KERN_ERR "Error creating foo class.\n");
 goto error;
}

這個代碼創(chuàng)建一個目錄在 sysfs 中 /sys/class/foo.

無論何時你的驅(qū)動發(fā)現(xiàn)一個新設(shè)備, 并且你如第 3 章描述的分配它一個次編號, 驅(qū)動應(yīng)當(dāng)調(diào)用 class_simple_device_add 函數(shù):

class_simple_device_add(foo_class, MKDEV(FOO_MAJOR, minor), NULL, "foo%d", minor); 

這個代碼導(dǎo)致在 /sys/class/foo 創(chuàng)建一個子目錄稱為 fooN, 這里 N 是這個設(shè)備的次編號. 在這個目錄里創(chuàng)建有一個文件, dev, 它恰好是 udev 為你的設(shè)備創(chuàng)建一個設(shè)備節(jié)點需要的.

當(dāng)你的驅(qū)動從一個設(shè)備解除, 并且你放棄它所依附的次編號, 需要調(diào)用 class_simple_device_remove 來去除這個設(shè)備的 sysfs 入口.

class_simple_device_remove(MKDEV(FOO_MAJOR, minor)); 

之后, 當(dāng)你的整個驅(qū)動被關(guān)閉, 需要調(diào)用 class_simple_destroy 來去除你起初調(diào)用 class_simple_create 創(chuàng)建的 class.

class_simple_destroy(foo_class); 

同樣 class_simple_device_add 創(chuàng)建的 dev 文件包括主次編號, 由一個 : 隔開. 如果你的驅(qū)動不想使用 class_simple 接口因為你想提供其他在子系統(tǒng)的類目錄中的文件, 使用 print_dev_t 函數(shù)來正確格式化特定設(shè)備的主次編號.