linux不自动创建sda1,Linux内核模块自动加载机制

- 日理万妓 2023-01-21 09:28 2阅读 0赞

如 果想让内核启动过程中自动加载某个模块该怎么做呢？最容易想到的方法就是到/etc/init.d/中添加一个启动脚本，然后在/etc/rcN.d/目 录下创建一个符号链接，这个链接的名字以S开头，这内核启动时，就会自动运行这个脚本了，这样就可以在脚本中使用modprobe来实现自动加载。但是我 们发现，内核中加载了许多硬件设备的驱动，而搜索/etc目录，却没有发现任何脚本负责加载这些硬件设备驱动程序的模块。那么这些模块又是如何被加载的 呢？

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 \},

......

MODULE\_DEVICE\_TABLE (pci, rtl8139\_pci\_tbl);

上面的信息说明，凡是Verdon ID为0x10EC, Device ID为0x8139, 0x8138的PCI设备(SubVendor ID和SubDeviceID为PCI\_ANY\_ID，表示不限制。)，都可以使用这个驱动程序(8139too)。

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

......

v后面的000010EC说明其Vendor ID为10EC，d后面的00008138说明Device ID为8139，而sv,和sd为SubVendor ID和SubDevice ID，后面的星号表示任意匹配。

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

root 25063 ...... /sbin/udevd --daemon

我们得到udevd的进程ID为25063，现在结束这个进程：

\# 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。

== 内核处理过程 ==：

这里我们以PCI总线为例，来看看在这个过程中，内核是如何处理的。当PCI总线驱动程序扫描到一个新的设备时，会建立一个设备对象，然后调用 pci\_bus\_add\_device()函数，这个函数最终会调用kobject\_uevent()通过netlink向用户态的udevd发送消息。

int pci\_bus\_add\_device(struct pci\_dev \*dev)

int retval;

retval = device\_add(&dev->dev);

......

return 0;

device\_add()代码如下：

int device\_add(struct device \*dev)

struct device \*parent = NULL;

dev = get\_device(dev);

......

error = bus\_add\_device(dev);

if (error)

goto BusError;

kobject\_uevent(&dev->kobj, KOBJ\_ADD);

......

device\_add()在准备好相关数据结构后，会调用kobject\_uevent()，把这个消息发送到用户空间的udevd。

int kobject\_uevent(struct kobject \*kobj, enum kobject\_action action)

return kobject\_uevent\_env(kobj, action, NULL);

int kobject\_uevent\_env(struct kobject \*kobj, enum kobject\_action action, char \*envp\_ext\[\])

struct kobj\_uevent\_env \*env;

const char \*action\_string = kobject\_actions\[action\];

const char \*devpath = NULL;

const char \*subsystem;

struct kobject \*top\_kobj;

struct kset \*kset;

struct kset\_uevent\_ops \*uevent\_ops;

u64 seq;

int i = 0;

int retval = 0;

......

/\* default keys \*/

retval = add\_uevent\_var(env, "ACTION=%s", action\_string);

if (retval)

goto exit;

retval = add\_uevent\_var(env, "DEVPATH=%s", devpath);

if (retval)

goto exit;

retval = add\_uevent\_var(env, "SUBSYSTEM=%s", subsystem);

if (retval)

goto exit;

/\* keys passed in from the caller \*/

if (envp\_ext) \{

for (i = 0; envp\_ext\[i\]; i++) \{

retval = add\_uevent\_var(env, envp\_ext\[i\]);

if (retval)

goto exit;

......

/\* 通过netlink发送消息，这样用户态的udevd进程就会从select()函数返回，并做相应的处理。 \*/

\#if defined(CONFIG\_NET)

/\* send netlink message \*/

if (uevent\_sock) \{

struct sk\_buff \*skb;

size\_t len;

/\* allocate message with the maximum possible size \*/

len = strlen(action\_string) + strlen(devpath) + 2;

skb = alloc\_skb(len + env->buflen, GFP\_KERNEL);

if (skb) \{

char \*scratch;

/\* add header \*/

scratch = skb\_put(skb, len);

sprintf(scratch, "%s@%s", action\_string, devpath);

/\* copy keys to our continuous event payload buffer \*/

for (i = 0; i < env->envp\_idx; i++) \{

len = strlen(env->envp\[i\]) + 1;

scratch = skb\_put(skb, len);

strcpy(scratch, env->envp\[i\]);

NETLINK\_CB(skb).dst\_group = 1;

netlink\_broadcast(uevent\_sock, skb, 0, 1, GFP\_KERNEL);

\#endif

......

return retval;

思考：

现在我们知道/dev目录下的设备文件是由 udevd负责建立的，但是在内核启动过程中，需要mount一个根目录，通常我们的根目录是在硬盘上，比如：/dev/sda1， 但是硬盘对应的驱动程序没有加载前，/dev/sda1是不存在的， 如果没有/dev/sda1，就不能通过mount /dev/sda1 /来挂载根目录。另一方面udevd是一个可执行文件，如果连硬盘驱动程序到没有加载，根目录都不存在，udevd就不能运行。如果udevd不能运行， 那么就不会自动加载磁盘驱动程序，也就不能自动创建/dev/sda1。这不是死锁了吗？那么你的Linux是怎么启动的呢？