Linux内核基础--事件通知链(notifier chain)转

Posted 2020-07-04 sky

转自：http://blog.csdn.net/wuhzossibility/article/details/8079025

内核通知链

1.1. 概述

       Linux内核中各个子系统相互依赖，当其中某个子系统状态发生改变时，就必须使用一定的机制告知使用其服务的其他子系统，以便其他子系统采取相应的措施。为满足这样的需求，内核实现了事件通知链机制（notificationchain）。

       通知链只能用在各个子系统之间，而不能在内核和用户空间进行事件的通知。组成内核的核心系统代码均位于kernel目录下，通知链表位于kernel/notifier.c中，对应的头文件为include/linux/notifier.h。通知链表机制并不复杂，实现它的代码只有区区几百行。

       事件通知链表是一个事件处理函数的列表，每个通知链都与某个或某些事件有关，当特定的事件发生时，就调用相应的事件通知链中的回调函数，进行相应的处理。

 

图 1  内核通知链

1.2．数据结构

如图 1中所示，Linux的网络子系统一共有3个通知链：表示ipv4地址发生变化时的inetaddr_chain；表示ipv6地址发生变化的inet6addr_chain；还有表示设备注册、状态变化的netdev_chain。

在这些链中都是一个个notifier_block结构： 

 

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1. struct notifier_block {  
2.        int (*notifier_call)(struct notifier_block *, unsigned long, void *);  
3.        struct notifier_block *next;  
4.        int priority;  
5. };  

 

其中，

1.     notifier_call：当相应事件发生时应该调用的函数，由被通知方提供，如other_subsys_1；

2.     notifier_block *next：用于链接成链表的指针；

3.     priority：回调函数的优先级，一般默认为0。

内核代码中一般把通知链命名为xxx_chain, xxx_nofitier_chain这种形式的变量名。围绕核心数据结构notifier_block，内核定义了四种通知链类型：

1.  原子通知链（ Atomic notifier chains ）：通知链元素的回调函数（当事件发生时要执行的函数）在中断或原子操作上下文中运行，不允许阻塞。对应的链表头结构：

 

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1. struct atomic_notifier_head {  
2.         spinlock_t  lock;  
3.         struct  notifier_block *head;  
4. };  

 

 

2.  可阻塞通知链（ Blocking notifier chains ）：通知链元素的回调函数在进程上下文中运行，允许阻塞。对应的链表头：

 

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1. struct  blocking_notifier_head {  
2.         struct  rw_semaphore  rwsem;  
3.         struct  notifier_block   *head;  
4. };  

3.     原始通知链（ Raw notifierchains ）：对通知链元素的回调函数没有任何限制，所有锁和保护机制都由调用者维护。对应的链表头：

 

网络子系统就是该类型，通过以下宏实现head的初始化

 

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1. static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain);  
2. #define RAW_NOTIFIER_INIT(name)     {      \  
3.               .head= NULL }  
4. #define RAW_NOTIFIER_HEAD(name)         \      //调用他就好了  
5. struct raw_notifier_head name =         \  
6.                      RAW_NOTIFIER_INIT(name)     
7. 即：  
8. struct raw_notifier_head netdev_chain = {  
9.           .head = NULL;  
10. }  

 

而其回调函数的注册，比如向netdev_chain的注册函数：register_netdevice_notifier。

 

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1. struct  raw_notifier_head {  
2.         struct  notifier_block   *head;  
3. };  
4.    

 

 

4.  SRCU 通知链（ SRCU notifier chains ）：可阻塞通知链的一种变体。对应的链表头：

 

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1. struct  srcu_notifier_head {  
2.         struct  mutex mutex;  
3.         struct  srcu_struct  srcu;  
4.         struct  notifier_block  *head;  
5. };  

1.3.  运行机理

 

被通知一方（other_subsys_x）通过notifier_chain_register向特定的chain注册回调函数，并且一般而言特定的子系统会用特定的notifier_chain_register包装函数来注册，比如路由子系统使用的是网络子系统的：register_netdevice_notifier来注册他的notifier_block。

1.3.1.  向事件通知链注册的步骤

1. 申明struct notifier_block结构

2. 编写notifier_call函数

3. 调用特定的事件通知链的注册函数，将notifier_block注册到通知链中

如果内核组件需要处理够某个事件通知链上发出的事件通知，其就该在初始化时在该通知链上注册回调函数。

1.3.2.  通知子系统有事件发生

inet_subsys是通过notifier_call_chain来通知其他的子系统（other_subsys_x）的。

notifier_call_chain会按照通知链上各成员的优先级顺序执行回调函数（notifier_call_x）；回调函数的执行现场在notifier_call_chain进程地址空间；其返回值是NOTIFY_XXX的形式，在include/linux/notifier.h中：

 

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1. #define NOTIFY_DONE            0x0000         /* 对事件视而不见 */  
2. #define NOTIFY_OK          0x0001         /* 事件正确处理 */  
3. #define NOTIFY_STOP_MASK  0x8000         /*由notifier_call_chain检查，看继续调用回调函数，还是停止，_BAD和_STOP中包含该标志 */  
4. #define NOTIFY_BAD        (NOTIFY_STOP_MASK|0x0002)       /*事件处理出错，不再继续调用回调函数 */  
5. /* 
6.  *Clean way to return from the notifier and stop further calls. 
7.  */  
8. #define NOTIFY_STOP             (NOTIFY_OK|NOTIFY_STOP_MASK)    /*  回调出错，不再继续调用该事件回调函数 */  

notifier_call_chain捕获并返回最后一个事件处理函数的返回值；注意：notifier_call_chain可能同时被不同的cpu调用，故而调用者必须保证互斥。

1.3.3.  事件列表

       对于网络子系统而言，其事件常以NETDEV_XXX命名；描述了网络设备状态（dev->flags）、传送队列状态（dev->state）、设备注册状态（dev->reg_state），以及设备的硬件功能特性（dev->features）：

include/linux/notifier.h中

 

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1. /* netdevice notifier chain */  
2. #define NETDEV_UP  0x0001  /* 激活一个网络设备 */  
3. #define NETDEV_DOWN  0x0002f /* 停止一个网络设备，所有对该设备的引用都应释放 */  
4. #define NETDEV_REBOOT       0x0003       /* 检查到网络设备接口硬件崩溃，硬件重启 */  
5. #define NETDEV_CHANGE       0x0004  /* 网络设备的数据包队列状态发生改变 */  
6. #define NETDEV_REGISTER  0x0005   /*一个网络设备事例注册到系统中，但尚未激活 */  
7. #define NETDEV_UNREGISTER       0x0006       /*网络设备驱动已卸载 */  
8. #define NETDEV_CHANGEMTU      0x0007  /*MTU发生了改变 */  
9. #define NETDEV_CHANGEADDR    0x0008  /*硬件地址发生了改变 */  
10. #define NETDEV_GOING_DOWN   0x0009  /*网络设备即将注销，有dev->close报告，通知相关子系统处理 */  
11. #define NETDEV_CHANGENAME   0x000A  /*网络设备名改变 */  
12. #define NETDEV_FEAT_CHANGE    0x000B  /*feature网络硬件功能改变 */  
13. #define NETDEV_BONDING_FAILOVER 0x000C  /*    */  
14. #define NETDEV_PRE_UP        0x000D  /*    */  
15. #define NETDEV_BONDING_OLDTYPE  0x000E              /*    */  
16. #define NETDEV_BONDING_NEWTYPE  0x000F      /*    */  

 

1.4.  简单一例：

       通过上面所述，notifier_chain机制只能在内核个子系统间使用，因此，这里使用3个模块：test_notifier_chain_0、test_notifier_chain_1、test_notifier_chain_2；当 test_notifier_chain_2通过module_init初始化模块时发出事件TESTCHAIN_2_INIT；然后 test_notifier_chain_1作出相应的处理：打印 test_notifier_chain_2正在初始化。

 

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1. /* test_chain_0.c ：0. 申明一个通知链；1. 向内核注册通知链；2. 定义事件； 3. 导出符号，因而必需最后退出*/  
2.   
3. #include <linux/notifier.h>  
4. #include <linux/module.h>  
5. #include <linux/init.h>  
6. #include <linux/kernel.h> /* printk() */  
7. #include <linux/fs.h> /* everything() */  
8.   
9. #define TESTCHAIN_INIT 0x52U  
10. static RAW_NOTIFIER_HEAD(test_chain);  
11.   
12. /* define our own notifier_call_chain */  
13. static int call_test_notifiers(unsigned long val, void *v)  
14. {  
15.     return raw_notifier_call_chain(&test_chain, val, v);  
16. }  
17. EXPORT_SYMBOL(call_test_notifiers);  
18.   
19. /* define our own notifier_chain_register func */  
20.  static int register_test_notifier(struct notifier_block *nb)  
21. {  
22.     int err;  
23.     err = raw_notifier_chain_register(&test_chain, nb);  
24.   
25.     if(err)  
26.         goto out;  
27.   
28. out:  
29.     return err;  
30. }  
31.   
32. EXPORT_SYMBOL(register_test_notifier);  
33.   
34. static int __init test_chain_0_init(void)  
35. {  
36.     printk(KERN_DEBUG "I‘m in test_chain_0\n");  
37.   
38.     return 0;  
39. }  
40.   
41. static void __exit test_chain_0_exit(void)  
42. {  
43.     printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_0\n");  
44. //  call_test_notifiers(TESTCHAIN_EXIT, (int *)NULL);  
45. }  
46.   
47. MODULE_LICENSE("GPL v2");  
48. MODULE_AUTHOR("fishOnFly");  
49.   
50. module_init(test_chain_0_init);  
51. module_exit(test_chain_0_exit);  
52.   
53. /* test_chain_1.c ：1. 定义回调函数；2. 定义notifier_block；3. 向chain_0注册notifier_block；*/  
54. #include <linux/notifier.h>  
55. #include <linux/module.h>  
56. #include <linux/init.h>  
57.   
58. #include <linux/kernel.h> /* printk() */  
59. #include <linux/fs.h> /* everything() */  
60.   
61. extern int register_test_notifier(struct notifier_block *nb);  
62. #define TESTCHAIN_INIT 0x52U  
63.   
64. /* realize the notifier_call func */  
65. int test_init_event(struct notifier_block *nb, unsigned long event,  
66.     void *v)  
67. {  
68.     switch(event){  
69.     case TESTCHAIN_INIT:  
70.         printk(KERN_DEBUG "I got the chain event: test_chain_2 is on the way of init\n");  
71.         break;  
72.   
73.     default:  
74.         break;  
75.     }  
76.   
77.     return NOTIFY_DONE;  
78. }  
79. /* define a notifier_block */  
80. static struct notifier_block test_init_notifier = {  
81.     .notifier_call = test_init_event,  
82. };  
83. static int __init test_chain_1_init(void)  
84. {  
85.     printk(KERN_DEBUG "I‘m in test_chain_1\n");  
86.     register_test_notifier(&test_init_notifier);<span style="white-space:pre">  </span>// 由chain_0提供的设施  
87.     return 0;  
88. }  
89.   
90. static void __exit test_chain_1_exit(void)  
91. {  
92.     printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_clain_l\n");  
93. }  
94.   
95. MODULE_LICENSE("GPL");  
96. MODULE_AUTHOR("fishOnFly");  
97.   
98. module_init(test_chain_1_init);  
99. module_exit(test_chain_1_exit);  
100.   
101. /* test_chain_2.c：发出通知链事件*/  
102.   
103. #include <linux/notifier.h>  
104. #include <linux/module.h>  
105. #include <linux/init.h>  
106. #include <linux/kernel.h> /* printk() */  
107. #include <linux/fs.h> /* everything() */  
108.   
109. extern int call_test_notifiers(unsigned long val, void *v);  
110. #define TESTCHAIN_INIT 0x52U  
111.   
112. static int __init test_chain_2_init(void)  
113. {  
114.     printk(KERN_DEBUG "I‘m in test_chain_2\n");  
115.     call_test_notifiers(TESTCHAIN_INIT, "no_use");  
116.       
117.     return 0;  
118. }  
119.   
120. static void __exit test_chain_2_exit(void)  
121. {  
122.     printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_2\n");  
123. }  
124.   
125. MODULE_LICENSE("GPL v2");  
126. MODULE_AUTHOR("fishOnFly");  
127.   
128. module_init(test_chain_2_init);  
129. module_exit(test_chain_2_exit);  
130.   
131. # Makefile  
132.   
133. # Comment/uncomment the following line to disable/enable debugging  
134. # DEBUG = y  
135.   
136.   
137. # Add your debugging flag (or not) to CFLAGS  
138. ifeq ($(DEBUG),y)  
139.   DEBFLAGS = -O -g -DSCULL_DEBUG # "-O" is needed to expand inlines  
140. else  
141.   DEBFLAGS = -O2  
142. endif  
143.   
144.   
145. ifneq ($(KERNELRELEASE),)  
146. # call from kernel build system  
147.   
148. obj-m   := test_chain_0.o test_chain_1.o test_chain_2.o  
149.   
150. else  
151.   
152. KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build  
153. PWD       := $(shell pwd)  
154.   
155. modules:  
156.     $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules  
157.   
158. endif  
159.   
160.   
161.   
162. clean:  
163.     rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions  
164.   
165. depend .depend dep:  
166.     $(CC) $(CFLAGS) -M *.c > .depend  
167.   
168.   
169. ifeq (.depend,$(wildcard .depend))  
170. include .depend  
171. endif  
172.   
173. [[email protected]: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_0.ko  
174. [[email protected]: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_1.ko  
175. [[email protected]: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_2.ko  
176.    
177.   
178. [[email protected]: notifier_chian]$ dmesg  
179.   
180. [ 5950.112649] I‘m in test_chain_0  
181. [ 5956.766610] I‘m in test_chain_1  
182. [ 5962.570003] I‘m in test_chain_2  
183. [ 5962.570008] I got the chain event: test_chain_2 is on the way of init  
184.   
185. [ 6464.042975] Goodbye to test_chain_2  
186. [ 6466.368030] Goodbye to test_clain_l  
187. [ 6468.371479] Goodbye to test_chain_0  

 

[cpp] view plain copy

 

1. <p></p>