【转】PF_NETLINK应用实例NETLINK_KOBJECT_UEVENT具体实现－－udev实现原理

时间：2015-02-06 18:15:34 阅读：304 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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　　相对于linux来说，udev还是一个新事物。然而，尽管它03年才出现，尽管它很低调(J)，但它无疑已经成为linux下不可或缺的组件了。udev是什么？它是如何实现的？最近研究Linux设备管理时，花了一些时间去研究udev的实现。
　　
　　udev是什么？u 是指user space，dev是指device，udev是用户空间的设备驱动程序吗？最初我也这样认为，调试内核空间的程序要比调试用户空间的程序复杂得多，内核空间的程序的BUG所引起的后果也严重得多，device driver是内核空间中所占比较最大的代码，如果把这些device driver中硬件无关的代码，从内核空间移动到用户空间，自然是一个不错的想法。
　　
　　但我的想法并不正确，udev的文档是这样说的，
　　1. dynamic replacement for /dev。作为devfs的替代者，传统的devfs不能动态分配major和minor的值，而major和minor非常有限，很快就会用完了。 udev能够像DHCP动态分配IP地址一样去动态分配major和minor。
　　
　　2. device naming。提供设备命名持久化的机制。传统设备命名方式不具直观性，像/dev/hda1这样的名字肯定没有boot_disk这样的名字直观。udev能够像DNS解析域名一样去给设备指定一个有意义的名称。
　　
　　3. API to access info about current system devices 。提供了一组易用的API去操作sysfs，避免重复实现同样的代码，这没有什么好说的。
　　
　　我们知道，用户空间的程序与设备通信的方法，主要有以下几种方式，
　　1. 通过ioperm获取操作IO端口的权限，然后用inb/inw/ inl/ outb/outw/outl等函数，避开设备驱动程序，直接去操作IO端口。（没有用过）
　　2. 用ioctl函数去操作/dev目录下对应的设备，这是设备驱动程序提供的接口。像键盘、鼠标和触摸屏等输入设备一般都是这样做的。
　　3. 用write/read/mmap去操作/dev目录下对应的设备，这也是设备驱动程序提供的接口。像framebuffer等都是这样做的。
　　
　　上面的方法在大多数情况下，都可以正常工作，但是对于热插拨(hotplug)的设备，比如像U盘，就有点困难了，因为你不知道：什么时候设备插上了，什么时候设备拔掉了。这就是所谓的hotplug问题了。
　　
　　处理hotplug传统的方法是，在内核中执行一个称为hotplug的程序，相关参数通过环境变量传递过来，再由hotplug通知其它关注 hotplug事件的应用程序。这样做不但效率低下，而且感觉也不那么优雅。新的方法是采用NETLINK实现的，这是一种特殊类型的socket，专门用于内核空间与用户空间的异步通信。下面的这个简单的例子，可以监听来自内核hotplug的事件。

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <ctype.h>  
#include <sys/un.h>  
#include <sys/ioctl.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <linux/types.h>  
#include <linux/netlink.h>  
#include <errno.h>  
#include <unistd.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <netinet/in.h>  

#define UEVENT_BUFFER_SIZE 2048  

static int init_hotplug_sock()  
{  
  const int buffersize = 1024;  
  int ret;  

  struct sockaddr_nl snl;  
  bzero(&snl, sizeof(struct sockaddr_nl));  
  snl.nl_family = AF_NETLINK;  
  snl.nl_pid = getpid();  
  snl.nl_groups = 1;  

  int s = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);  
  if (s == -1)   
  {  
  　　perror("socket");  
  　　return -1;  
  }  
  setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &buffersize, sizeof(buffersize));  

  ret = bind(s, (struct sockaddr *)&snl, sizeof(struct sockaddr_nl));  
  if (ret < 0)   
  {  
  　　perror("bind");  
  　　close(s);  
  　　return -1;  
  }  

  return s;  
}  

int main(int argc, char* argv[])  
{  
  int hotplug_sock = init_hotplug_sock();  

  while(1)  
  {  
  /* Netlink message buffer */  
  char buf[UEVENT_BUFFER_SIZE * 2] = {0};  
  recv(hotplug_sock, &buf, sizeof(buf), 0);  
printf("%s\n", buf);  

  /* USB 设备的插拔会出现字符信息，通过比较不同的信息确定特定设备的插拔，在这添加比较代码 */

  }
  return 0;  
}

　　
　　编译：
　　gcc -g hotplug.c -o hotplug_monitor
　　
　　运行后插/拔U盘，可以看到：

　　add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1 
　　add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/usbdev2.2_ep00 
　　add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0 
　　add@/class/scsi_host/host2 
　　add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep81 
　　add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep02 
　　add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep83 
　　add@/class/usb_device/usbdev2.2 
　　add@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/host2/target2:0:0/2:0:0:0 
　　add@/class/scsi_disk/2:0:0:0 
　　add@/block/sda 
　　add@/block/sda/sda1 
　　add@/class/scsi_device/2:0:0:0 
　　add@/class/scsi_generic/sg0 
　　remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep81 
　　remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep02 
　　remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/usbdev2.2_ep83 
　　remove@/class/scsi_generic/sg0 
　　remove@/class/scsi_device/2:0:0:0 
　　remove@/class/scsi_disk/2:0:0:0 
　　remove@/block/sda/sda1 
　　remove@/block/sda 
　　remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0/host2/target2:0:0/2:0:0:0 
　　remove@/class/scsi_host/host2 
　　remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/2-1:1.0 
　　remove@/class/usb_device/usbdev2.2 
　　remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1/usbdev2.2_ep00 
　　remove@/devices/pci0000:00/0000:00:1d.1/usb2/2-1

　　udev的主体部分在udevd.c文件中，它主要监控来自4个文件描述符的事件/消息，并做出处理：
　　1. 来自客户端的控制消息。这通常由udevcontrol命令通过地址为/org/kernel/udev/udevd的本地socket，向udevd发送的控制消息。其中消息类型有：
　　l UDEVD_CTRL_STOP_EXEC_QUEUE 停止处理消息队列。
　　l UDEVD_CTRL_START_EXEC_QUEUE 开始处理消息队列。
　　l UDEVD_CTRL_SET_LOG_LEVEL 设置LOG的级别。
　　l UDEVD_CTRL_SET_MAX_CHILDS 设置最大子进程数限制。好像没有用。
　　l UDEVD_CTRL_SET_MAX_CHILDS_RUNNING 设置最大运行子进程数限制(遍历proc目录下所有进程，根据session的值判断)。
　　l UDEVD_CTRL_RELOAD_RULES 重新加载配置文件。
　　2. 来自内核的hotplug事件。如果有事件来源于hotplug，它读取该事件，创建一个udevd_uevent_msg对象，记录当前的消息序列号，设置消息的状态为EVENT_QUEUED,然后并放入running_list和exec_list两个队列中，稍后再进行处理。
　　3. 来自signal handler中的事件。signal handler是异步执行的，即使有signal产生，主进程的select并不会唤醒，为了唤醒主进程的select，它建立了一个管道，在 signal handler中，向该管道写入长度为1个子节的数据，这样就可以唤醒主进程的select了。
　　4. 来自配置文件变化的事件。udev通过文件系统inotify功能，监控其配置文件目录/etc/udev/rules.d，一旦该目录中文件有变化，它就重新加载配置文件。
　　
　　其中最主要的事件，当然是来自内核的hotplug事件，如何处理这些事件是udev的关键。udev本身并不知道如何处理这些事件，也没有必要知道，因为它只实现机制，而不实现策略。事件的处理是由配置文件决定的，这些配置文件即所谓的rule。
　　
　　关于rule的编写方法可以参考《writing_udev_rules》，udev_rules.c实现了对规则的解析。
　　
　　在规则中，可以让外部应用程序处理某个事件，这有两种方式，一种是直接执行命令，通常是让modprobe去加载驱动程序，或者让mount去加载分区。另外一种是通过本地socket发送消息给某个应用程序。
　　
　　在udevd.c:udev_event_process函数中，我们可以看到，如果RUN参数以”socket:”开头则认为是发到socket，否则认为是执行指定的程序。
　　
　　下面的规则是执行指定程序：
　　60-pcmcia.rules: RUN+="/sbin/modprobe pcmcia"
　　
　　下面的规则是通过socket发送消息：
　　90-hal.rules:RUN+="socket:/org/freedesktop/hal/udev_event"

　　最后，添加自己基于QT的U盘升级程序，基于NETLINK。

usb update ...

UpdateThread::UpdateThread()
{
    updateType = 0;
}

void UpdateThread::setUpdateType(int type)
{
    updateType = type;
}

void UpdateThread::run()
{
    char cmd[MAX_CHAR_256] = {0};

    if(updateType == CONFIRMMODE_UPDATE)    
    {
        sleep(1);

        sprintf(cmd, "cp -rf  %s/dvrmain  /opt/dvr_rdk/ti816x/bin/", updateFilePath);
        system(cmd);
        system("chmod 777  /opt/dvr_rdk/ti816x/bin/dvrmain");

        system("sync");
        sleep(1);

        memset(cmd, 0, MAX_CHAR_256);
        sprintf(cmd, "cp -rf  %s/libdm816x.so  /opt/dvr_rdk/ti816x/firmware/", updateFilePath);
        system(cmd);
        system("chmod 777  /opt/dvr_rdk/ti816x/firmware/libdm816x.so");

        system("sync");
        sleep(1);
    }
    else
    {
        sleep(1);
        
        sprintf(cmd, "cp %s/uImage /media/card/", updateFilePath);
        system(cmd);
        
        system("sync");
        sleep(1);

        memset(cmd, 0, MAX_CHAR_256);
        sprintf(cmd, "cp %s/itnvrupdatepack.tar.gz /media/mmcblk0p2/", updateFilePath);
        system(cmd);

        system("sync");
        sleep(1);

        system("tar -zvxf  /media/mmcblk0p2/itnvrupdatepack.tar.gz");
        system("sync");
        sleep(1);
    }
    
    sleep(2);
    bCheckUpdateComplete = true;
    updateMsgBoxTimerCount = 0;
}

void dvr_setup::StartUpdate(int updateType)
{        
    bCheckUpdateComplete = false;

    if(updateType == CONFIRMMODE_UPDATE)
    {
        pMsgBox.SetText("应用升级开始..");
    }
    else
    {
        pMsgBox.SetText("系统升级开始..");
    }
    
    pMsgBox.show();

    UpdateMsgtimer = new QTimer(this);
    connect(UpdateMsgtimer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(updateSystemWarn()));

    updateMsgBoxTimerCount =0;

    UpdateMsgtimer->start(1000);

    pUpdateThread = new UpdateThread;
    pUpdateThread ->setUpdateType(updateType);
    pUpdateThread->start();
}

void dvr_setup::CancelUpdate()
{
    m_pUpdateBox->hide();
    m_pUpdateBox->setEnabled(false);
    setEnabled(true);
}

void dvr_setup::updateSystemWarn()
{
    updateMsgBoxTimerCount++;
    updateMsgBoxTimerCount %= 5;
    switch(updateMsgBoxTimerCount)
    {
    case 0:
        pMsgBox.SetText("系统升级中..\n");
        break;
    case 1:
        pMsgBox.SetText("系统升级中....");
        break;
    case 2:
        pMsgBox.SetText("系统升级中......");
        break;
    case 3:
        pMsgBox.SetText("系统升级中........");
        break;
    case 4:
        pMsgBox.SetText("系统升级中..........");
        break;
    }    

    if(bCheckUpdateComplete == true)
    {
        delete pUpdateThread;
        pUpdateThread = NULL;

        UpdateMsgtimer->stop();

        pMainClass->ShowNotifyDialog((char*)"系统升级完成，重启系统!");
        pMainClass->EventLogAdd((char*)"系统升级完成!",true);
        pSetup->SystemRebootBtnSlot();
    }
}

void dvr_setup::confirmIsUpdate(int updateType)
{
    if(m_pUpdateBox != NULL)
    {
        setEnabled(false);

        m_pUpdateBox->SetConfirmMode(updateType);
        m_pUpdateBox->show();
        m_pUpdateBox->setEnabled(true);
    }
}

#ifdef UPDATE_DEBUG
#define zDebug(fmt, ...) qDebug("[UPDATE]: %s: "#fmt, __FUNCTION__, ##__VA_ARGS__)
#else
#define zDebug(fmt, ...)
#endif 

#define UEVENT_BUFFER_SIZE      2048

HotplugThread::HotplugThread()
{
    struct sockaddr_nl snl;
    const int buffersize = 16 * 1024 * 1024;
    int retval;

    memset(&snl, 0x00, sizeof(struct sockaddr_nl));
    snl.nl_family = AF_NETLINK;
    snl.nl_pid = getpid();
    snl.nl_groups = 1;//UDEV_MONITOR_KERNEL;

    netlink_socket = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);
    //netlink_socket = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM|SOCK_CLOEXEC, NETLINK_KOBJECT_UEVENT); //SOCK_CLOEXEC may be not available
    if (netlink_socket == -1) 
    {
        zDebug("error getting socket: %s \n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        /* set receive buffersize */
        setsockopt(netlink_socket, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &buffersize, sizeof(buffersize));
        retval = bind(netlink_socket, (struct sockaddr*) &snl, sizeof(struct sockaddr_nl));
        if (retval < 0) 
        {
            zDebug("bind failed: %s \n", strerror(errno));
            close(netlink_socket);
            netlink_socket = -1;
        } 
        else if (retval == 0) 
        {
            //from libudev-monitor.c
            struct sockaddr_nl _snl;
            socklen_t _addrlen;

            /*
            * get the address the kernel has assigned us
            * it is usually, but not necessarily the pid
            */
            _addrlen = sizeof(struct sockaddr_nl);
            retval = getsockname(netlink_socket, (struct sockaddr *)&_snl, &_addrlen);
            if (retval == 0)
                snl.nl_pid = _snl.nl_pid;
        }
    }
}

HotplugThread::~HotplugThread()
{
    if(-1 != netlink_socket)
    {
        close(netlink_socket);
        netlink_socket = -1;
    }
}

void HotplugThread::run()
{
    QByteArray data;
    
    while (1) 
    {
        data.resize(UEVENT_BUFFER_SIZE*2);
        data.fill(0);
        size_t len = recv(netlink_socket, data.data(), data.size(), 0);
        zDebug("read fro socket %d bytes \n", len);
        data.resize(len);
        data = data.replace(0, ‘\n‘).trimmed();
        
        if (buffer.isOpen())
                buffer.close();
        buffer.setBuffer(&data);
        buffer.open(QIODevice::ReadOnly);
        
        QByteArray line = buffer.readLine();
        while(!line.isNull()) 
        {
                parseLine(line.trimmed());
                line = buffer.readLine();
        }
        
        buffer.close();
    }
}

void HotplugThread::parseLine(const QByteArray &line)
{
    if (!line.contains("/block/")) //hotplug
        return;

    QString action_str = line.left(line.indexOf(‘@‘)).toLower();
    QString dev = line.right(line.length() - line.lastIndexOf(‘/‘) - 1);

    if (action_str ==QLatin1String("add"))
    {
        int ret = 0;
        char filePath[MAX_CHAR_32] = {0};
        char *data;

        QByteArray ba = dev.toLatin1();    
        if (!ba.contains("1") && !ba.contains("2")) //hotplug
            return;

        data = ba.data();

        sprintf(filePath, "/media/%s/%s", data, HNVR_UPDATE_DIR);
        zDebug("filePath = %s \n", filePath);
        sleep(3);

        ret =  confirmUpdateFile(filePath);
        if(ret == 1)
        {
            memset(updateFilePath, 0, MAX_CHAR_32);

            strcpy(updateFilePath, filePath);
            pSetup->newUsbDisk  = 1;

            pSetup->confirmIsUpdate(CONFIRMMODE_UPDATE);
        }
        else if(ret == 2)
        {
            memset(updateFilePath, 0, MAX_CHAR_32);

            strcpy(updateFilePath, filePath);
            pSetup->newUsbDisk  = 1;

            pSetup->confirmIsUpdate(CONFIRMMODE_UPDATE_SYSTEM);
        }
        else
        {
            zDebug("filePath = %s has no update file !!!\n", filePath);
        }
    } 
    else if (action_str==QLatin1String("remove")) 
    {

    } 
    else if (action_str==QLatin1String("change")) 
    {

    }
}

#define IPNC_UPDATE_INI_FILE_VER                "versionnum"
#define IPNC_UPDATE_INI_FILE_TYPE               "updatetype"

int  ReadUpdateVersionInfo(char* path)
{
    int i, totalIpncNum, ret = 0;
    char temp[256] = {0};
    char *name;
    dictionary * ini = NULL ;

    ini = iniparser_load(path);

    totalIpncNum = iniparser_getnsec(ini);
    zDebug("update version number = %d \n", totalIpncNum);

    for (i = 0; i < totalIpncNum; i++)
    {
        name = iniparser_getsecname(ini, 0);
        sprintf(temp,"%s:%s",name,IPNC_UPDATE_INI_FILE_VER);

        ret = iniparser_getint(ini,temp,NULL);
    }

    iniparser_freedict(ini);

    return ret;
}       

int  ReadUpdateTypeInfo(char* path)
{
    int i, totalIpncNum, ret = 0;
    char temp[256] = {0};
    char *name;
    dictionary * ini = NULL ;

    ini = iniparser_load(path);

    totalIpncNum = iniparser_getnsec(ini);
    zDebug("update version number = %d \n", totalIpncNum);

    for (i = 0; i < totalIpncNum; i++)
    {
        name = iniparser_getsecname(ini, 1);
        sprintf(temp,"%s:%s",name,IPNC_UPDATE_INI_FILE_TYPE);

        ret = iniparser_getint(ini,temp,NULL);
    }

    iniparser_freedict(ini);

    return ret;
}       

int HotplugThread::confirmUpdateFile(const char* path)
{
    DIR *dp; //声明一个句柄
    struct dirent *file; //readdir函数的返回值就存放在这个结构体中
    int version = 0, updatetype = 0;
    char versionFile[MAX_CHAR_256] = {0};

    dp = opendir(path);
    if(NULL == dp)
    {
        perror("perror");
        return -1;
    }
    else
    {
        closedir(dp);

        sprintf(versionFile, "%s/%s", path, HNVR_UPDATE_VER_FILE);
        version =ReadUpdateVersionInfo(versionFile);
        if(version >= DIGITAL_VERSION)
        {
            updatetype = ReadUpdateTypeInfo(versionFile);
            if(updatetype == 1)
            {
                printf("---------->app update !!!");
                return updatetype;
            }
            else if(updatetype == 2)
            {
                printf("---------->system update !!!");
                return updatetype;
            }
            else
            {
                printf("---------->do not update !!!");
                return 0;
            }
        }
        else
        {
            return 0;
        }
    }
}

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