嵌入式使用udev高效、动态地管理Linux 设备文件

2022-02-28 23:13:17

本文以通俗的方法阐述 udev 及相关术语的概念、udev 的配置文件和规则文件，然后以 Red Hat Enterprise Server 为平台演示一些管理设备文件和查询设备信息的实例。本文会使那些需要高效地、方便地管理 Linux 设备的用户受益匪浅，这些用户包括 Linux 最终用户、设备驱动开发人员、设备测试人员和系统管理员等等。

概述：

Linux 用户常常会很难鉴别同一类型的设备名，比如 eth0, eth1, sda, sdb 等等。通过观察这些设备的内核设备名称，用户通常能知道这些是什么类型的设备，但是不知道哪一个设备是他们想要的。例如，在一个充斥着本地磁盘和光纤磁盘的设备名清单 (/dev/sd*) 中，用户无法找到一个序列号为“35000c50000a7ef67”的磁盘。在这种情况下，udev 就能动态地在 /dev目录里产生自己想要的、标识性强的设备文件或者设备链接，以此帮助用户方便快捷地找到所需的设备文件。

udev 简介

什么是 udev?

udev 是 Linux2.6 内核里的一个功能，它替代了原来的 devfs，成为当前 Linux 默认的设备管理工具。udev 以守护进程的形式运行，通过侦听内核发出来的 uevent 来管理 /dev目录下的设备文件。不像之前的设备管理工具，udev 在用户空间 (user space) 运行，而不在内核空间 (kernel space) 运行。

使用 udev 的好处：

我们都知道，所有的设备在 Linux 里都是以设备文件的形式存在。在早期的 Linux 版本中，/dev目录包含了所有可能出现的设备的设备文件。很难想象 Linux 用户如何在这些大量的设备文件中找到匹配条件的设备文件。现在 udev 只为那些连接到 Linux 操作系统的设备产生设备文件。并且 udev 能通过定义一个 udev 规则 (rule) 来产生匹配设备属性的设备文件，这些设备属性可以是内核设备名称、总线路径、厂商名称、型号、序列号或者磁盘大小等等。

动态管理：当设备添加 / 删除时，udev 的守护进程侦听来自内核的 uevent，以此添加或者删除 /dev下的设备文件，所以 udev 只为已经连接的设备产生设备文件，而不会在 /dev下产生大量虚无的设备文件。
自定义命名规则：通过 Linux 默认的规则文件，udev 在 /dev/ 里为所有的设备定义了内核设备名称，比如 /dev/sda、/dev/hda、/dev/fd等等。由于 udev 是在用户空间 (user space) 运行，Linux 用户可以通过自定义的规则文件，灵活地产生标识性强的设备文件名，比如/dev/boot_disk、/dev/root_disk、/dev/color_printer等等。
设定设备的权限和所有者 / 组：udev 可以按一定的条件来设置设备文件的权限和设备文件所有者 / 组。在不同的 udev 版本中，实现的方法不同，在“如何配置和使用 udev”中会详解。

下面的流程图显示 udev 添加 / 删除设备文件的过程。

图 1. udev 工作流程图：

如何配置和使用 udev

下面会以 RHEL4.8 和 RHEL5.3 为平台，分别描述 udev 的配置和使用：

下载和安装 udev

从 Fedora3 和 Red Hat Enterprise4 开始，udev 就是默认的设备管理工具，无需另外下载安装。

清单 1. 检查 udev 在 RHEL4.8 里的版本和运行情况

 [root@HOST_RHEL4 dev]# rpm -qa |grep -i udev 
 udev-039-10.29.el4 
 [root@HOST_RHEL4 ~]# uname -r 
 2.6.9-89.ELsmp 
 [root@HOST_RHEL4 ~]# ps -ef |grep udev 
 root     21826     1  0 Dec09 ?        00:00:00 udevd

清单 2. 检查 udev 在 RHEL5.3 里的版本和运行情况

 [root@HOST_RHEL5 ~]# rpm -qa |grep -i udev 
 udev-095-14.19.el5 
 [root@HOST_RHEL5 sysconfig]# uname -r 
 2.6.18-128.el5 
 [root@HOST_RHEL5 sysconfig]# ps -ef|grep udev 
 root      5466     1  0 18:32 ?      00:00:00 /sbin/udevd -d

如果 Linux 用户想更新 udev 包，可以从 http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/下载并安装。

udev 的配置文件 (/etc/udev/udev.conf)

清单 3. RHEL ４ . ８下 udev 的配置文件

 [root@HOST_RHEL4 dev]# cat /etc/udev/udev.conf 
 # udev.conf 
 # The main config file for udev 
 # 
 # This file can be used to override some of udev's default values 
 # for where it looks for files, and where it places device nodes. 
 # 
 # WARNING: changing any value, can cause serious system breakage! 
 # 

 # udev_root - where in the filesystem to place the device nodes 
 udev_root="/dev/"

 # udev_db - The name and location of the udev database. 
 udev_db="/dev/.udev.tdb"

 # udev_rules - The name and location of the udev rules file 
 udev_rules="/etc/udev/rules.d/"

 # udev_permissions - The name and location of the udev permission file 
 udev_permissions="/etc/udev/permissions.d/"

 # default_mode - set the default mode for all nodes that have no 
 #                explicit match in the permissions file 
 default_mode="0600"

 # default_owner - set the default owner for all nodes that have no 
 #                 explicit match in the permissions file 
 default_owner="root"

 # default_group - set the default group for all nodes that have no 
 #                 explicit match in the permissions file 
 default_group="root"

 # udev_log - set to "yes" if you want logging, else "no"
 udev_log="no"

Linux 用户可以通过该文件设置以下参数：

udev_root：udev 产生的设备所存放的目录，默认值是 /dev/。建议不要修改该参数，因为很多应用程序默认会从该目录调用设备文件。
udev_db：udev 信息存放的数据库或者所在目录，默认值是 /dev/.udev.tdb。
udev_rules：udev 规则文件的名字或者所在目录，默认值是 /etc/udev/rules.d/。
udev_permissions：udev 权限文件的名字或者所在目录，默认值是 /etc/udev/permissions.d/。
default_mode/ default_owner/ default_group：如果设备文件的权限没有在权限文件里指定，就使用该参数作为默认权限，默认值分别是：0600/root/root。
udev_log：是否需要 syslog记录 udev 日志的开关，默认值是 no。

清单 4. RHEL5.3 下 udev 的配置文件

 [root@HOST_RHEL5 ~]# cat /etc/udev/udev.conf 
 # udev.conf 

 # The initial syslog(3) priority: "err", "info", "debug" or its 
 # numerical equivalent. For runtime debugging, the daemons internal 
 # state can be changed with: "udevcontrol log_priority=<value>". 
 udev_log="err"

udev_log：syslog记录日志的级别，默认值是 err。如果改为 info 或者 debug 的话，会有冗长的 udev 日志被记录下来。

实际上在 RHEL5.3 里，除了配置文件里列出的参数 udev_log外，Linux 用户还可以修改参数 udev_root和 udev_rules( 请参考上面的“RHEL4.8 的 udev 配置文件”)，只不过这 2 个参数是不建议修改的，所以没显示在 udev.conf 里。

可见该版本的 udev.conf 改动不小：syslog默认会记录 udev 的日志，Linux 用户只能修改日志的级别 (err、info、degub 等 )；设备的权限不能在 udev.conf 里设定，而是要在规则文件 (*.rules) 里设定。

通过 udev 设定设备文件的权限

在 RHEL4.8 的 udev，设备的权限是通过权限文件来设置。

清单 5. RHEL4.8 下 udev 的权限文件

 [root@HOST_RHEL4 ~]# cat /etc/udev/permissions.d/50-udev.permissions 
……
 # disk devices 
 hd*:root:disk:0660 
 sd*:root:disk:0660 
 dasd*:root:disk:0660 
 ataraid*:root:disk:0660 
 loop*:root:disk:0660 
 md*:root:disk:0660 
 ide/*/*/*/*/*:root:disk:0660 
 discs/*/*:root:disk:0660 
 loop/*:root:disk:0660 
 md/*:root:disk:0660 

 # tape devices 
 ht*:root:disk:0660 
 nht*:root:disk:0660 
 pt[0-9]*:root:disk:0660 
 npt*:root:disk:0660 
 st*:root:disk:0660 
 nst*:root:disk:0660 
……

RHEL4.8 里 udev 的权限文件会为所有常用的设备设定权限和 ownership，如果有设备没有被权限文件设置权限，udev 就按照 udev.conf 里的默认权限值为这些设备设置权限。由于篇幅的限制，上图只显示了 udev 权限文件的一部分，该部分设 置了所有可能连接上的磁盘设备和磁带设备的权限和 ownership。

而在 RHEL5.3 的 udev，已经没有权限文件，所有的权限都是通过规则文件 (*.rules)来设置，在下面的规则文件配置过程会介绍到。

udev 的规则和规则文件

规则文件是 udev 里最重要的部分，默认是存放在 /etc/udev/rules.d/下。所有的规则文件必须以“.rules”为后缀名。RHEL 有默认的规则文件，这些默认规则文件不仅为设备产生内核设备名称，还会产生标识性强的符号链接。例如：

 [root@HOST_RHEL5 ~]# ls /dev/disk/by-uuid/ 
 16afe28a-9da0-482d-93e8-1a9474e7245c

但这些链接名较长，不易调用，所以通常需要自定义规则文件，以此产生易用且标识性强的设备文件或符号链接。

此外，一些应用程序也会在 /dev/下产生一些方便调用的符号链接。例如规则 40-multipath.rules 为磁盘产生下面的符号链接：

 [root@ HOST_RHEL5 ~]# ls /dev/mpath/* 
 /dev/mpath/mpath0  /dev/mpath/mpath0p1  /dev/mpath/mpath0p2

udev 按照规则文件名的字母顺序来查询全部规则文件，然后为匹配规则的设备管理其设备文件或文件链接。虽然 udev 不会因为一个设备匹配了一条规则而停止解析后面的规则文件，但是解析的顺序仍然很重要。通常情况下，建议让自己想要的规则文件最先被解析。比如，创建一个名为 /etc/udev/rules.d/10-myrule.rules的文件，并把你的规则写入该文件，这样 udev 就会在解析系统默认的规则文件之前解析到你的文件。

RHEL5.3 的 udev 规则文件比 RHEL4.8 里的更完善。受篇幅的限制，同时也为了不让大家混淆，本文将不对 RHEL4.8 里的规则文件进行详解，下面关于规则文件的配置和实例都是在 RHEL5.3 上进行的。如果大家需要配置 RHEL4 的 udev 规则文件，可以先参照下面 RHEL5.3 的配置过程，然后查询 RHEL4 里的用户手册 (man udev) 后进行配置。

在规则文件里，除了以“#”开头的行（注释），所有的非空行都被视为一条规则，但是一条规则不能扩展到多行。规则都是由多个 键值对（key-value pairs）组成，并由逗号隔开，键值对可以分为 条件匹配键值对( 以下简称“匹配键 ”) 和 赋值键值对( 以下简称“赋值键 ”)，一条规则可以有多条匹配键和多条赋值键。匹配键是匹配一个设备属性的所有条件，当一个设备的属性匹配了该规则里所有的匹配键，就认为这条规则生效，然后按照赋值键的内容，执行该规则的赋值。下面是一个简单的规则：

清单 6. 简单说明键值对的例子

 KERNEL=="sda", NAME="my_root_disk", MODE="0660"

KERNEL 是匹配键，NAME 和 MODE 是赋值键。这条规则的意思是：如果有一个设备的内核设备名称为 sda，则该条件生效，执行后面的赋值：在 /dev下产生一个名为my_root_disk的设备文件，并把设备文件的权限设为 0660。

通过这条简单的规则，大家应该对 udev 规则有直观的了解。但可能会产生疑惑，为什么 KERNEL 是匹配键，而 NAME 和 MODE 是赋值键呢？这由中间的操作符 (operator) 决定。

仅当操作符是“==”或者“!=”时，其为匹配键；若为其他操作符时，都是赋值键。

RHEL5.3 里 udev 规则的所有操作符：
“==”：比较键、值，若等于，则该条件满足；

“!=”：比较键、值，若不等于，则该条件满足；

“=”：对一个键赋值；

“+=”：为一个表示多个条目的键赋值。

“:=”：对一个键赋值，并拒绝之后所有对该键的改动。目的是防止后面的规则文件对该键赋值。
RHEL5.3 里 udev 规则的匹配键
ACTION：事件 (uevent) 的行为，例如：add( 添加设备 )、remove( 删除设备 )。

KERNEL：内核设备名称，例如：sda, cdrom。

DEVPATH：设备的 devpath 路径。

SUBSYSTEM：设备的子系统名称，例如：sda 的子系统为 block。

BUS：设备在 devpath 里的总线名称，例如：usb。

DRIVER：设备在 devpath 里的设备驱动名称，例如：ide-cdrom。

ID：设备在 devpath 里的识别号。

SYSFS{filename}：设备的 devpath 路径下，设备的属性文件“filename”里的内容。

例如：SYSFS{model}==“ST936701SS”表示：如果设备的型号为 ST936701SS，则该设备匹配该 匹配键。

在一条规则中，可以设定最多五条 SYSFS 的 匹配键。

ENV{key}：环境变量。在一条规则中，可以设定最多五条环境变量的 匹配键。

PROGRAM：调用外部命令。

RESULT：外部命令 PROGRAM 的返回结果。例如：
```
 PROGRAM=="/lib/udev/scsi_id -g -s $devpath", RESULT=="35000c50000a7ef67"
```
调用外部命令 /lib/udev/scsi_id查询设备的 SCSI ID，如果返回结果为 35000c50000a7ef67，则该设备匹配该 匹配键。
RHEL5.3 里 udev 的重要赋值键
NAME：在 /dev下产生的设备文件名。只有第一次对某个设备的 NAME 的赋值行为生效，之后匹配的规则再对该设备的 NAME 赋值行为将被忽略。如果没有任何规则对设备的 NAME 赋值，udev 将使用内核设备名称来产生设备文件。

SYMLINK：为 /dev/下的设备文件产生符号链接。由于 udev 只能为某个设备产生一个设备文件，所以为了不覆盖系统默认的 udev 规则所产生的文件，推荐使用符号链接。

OWNER, GROUP, MODE：为设备设定权限。

ENV{key}：导入一个环境变量。
RHEL5.3 里 udev 的值和可调用的替换操作符
在键值对中的键和操作符都介绍完了，最后是值 (value)。Linux 用户可以随意地定制 udev 规则文件的值。例如：my_root_disk, my_printer。同时也可以引用下面的替换操作符：

$kernel, %k：设备的内核设备名称，例如：sda、cdrom。

$number, %n：设备的内核号码，例如：sda3 的内核号码是 3。

$devpath, %p：设备的 devpath路径。

$id, %b：设备在 devpath里的 ID 号。

$sysfs{file}, %s{file}：设备的 sysfs里 file 的内容。其实就是设备的属性值。
例如：$sysfs{size} 表示该设备 ( 磁盘 ) 的大小。

$env{key}, %E{key}：一个环境变量的值。

$major, %M：设备的 major 号。

$minor %m：设备的 minor 号。

$result, %c：PROGRAM 返回的结果。

$parent, %P：父设备的设备文件名。

$root, %r：udev_root的值，默认是 /dev/。

$tempnode, %N：临时设备名。

%%：符号 % 本身。

$$：符号 $ 本身。

清单 7. 说明替换操作符的规则例子
```
 KERNEL=="sd*", PROGRAM="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", \
 RESULT=="35000c50000a7ef67", SYMLINK="%k_%c"
```
该规则的执行：如果有一个内核设备名称以 sd 开头，且 SCSI ID 为 35000c50000a7ef67，则为设备文件产生一个符号链接“sda_35000c50000a7ef67”.

制定 udev 规则和查询设备信息的实例：

如何查找设备的信息 ( 属性 ) 来制定 udev 规则：

当我们为指定的设备设定规则时，首先需要知道该设备的属性，比如设备的序列号、磁盘大小、厂商 ID、设备路径等等。通常我们可以通过以下的方法获得：

查询sysfs文件系统：
前面介绍过，sysfs 里包含了很多设备和驱动的信息。

例如：设备 sda 的 SYSFS{size} 可以通过 cat /sys/block/sda/size得到；SYSFS{model} 信息可以通过 cat /sys/block/sda/device/model得到。
udevinfo命令：
udevinfo 可以查询 udev 数据库里的设备信息。例如：用 udevinfo 查询设备 sda 的 model 和 size 信息：

清单 8. 通过 udevinfo 查询设备属性的例子
```
 [root@HOST_RHEL5 rules.d]# udevinfo -a -p /block/sda | egrep "model|size"
    SYSFS{size}=="71096640"
    SYSFS{model}=="ST936701SS      "
```
其他外部命令：
清单 9. 通过 scsi_id 查询磁盘的 SCSI_ID 的例子
```
 [root@HOST_RHEL5 ~]# scsi_id -g -s /block/sda 
 35000c50000a7ef67
```

udev 的简单规则：

清单 10. 产生网卡设备文件的规则

 SUBSYSTEM=="net", SYSFS{address}=="AA:BB:CC:DD:EE:FF", NAME="public_NIC"

该规则表示：如果存在设备的子系统为 net，并且地址 (MAC address) 为“AA:BB:CC:DD:EE:FF”，为该设备产生一个名为 public_NIC 的设备文件。

清单 11. 为指定大小的磁盘产生符号链接的规则

 SUBSYSTEM=="block", SYSFS{size}=="71096640", SYMLINK ="my_disk"

该规则表示：如果存在设备的子系统为 block，并且大小为 71096640(block)，则为该设备的设备文件名产生一个名为 my_disk 的符号链接。

清单 12. 通过外部命令为指定序列号的磁盘产生设备文件的规则

 KERNEL=="sd*[0-9]", PROGRAM=="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", \
 RESULT=="35000c50000a7ef67", NAME +="root_disk%n"

该规则表示：如果存在设备的内核设备名称是以 sd 开头 ( 磁盘设备 )，以数字结尾 ( 磁盘分区 )，并且通过外部命令查询该设备的 SCSI_ID 号为“35000c50000a7ef67”，则产生一个以 root_disk 开头，内核号码结尾的设备文件，并替换原来的设备文件（如果存在的话）。例如：产生设备名 /dev/root_disk2，替换原来的设备名 /dev/sda2。

运用这条规则，可以在 /etc/fstab里保持系统分区名称的一致性，而不会受驱动加载顺序或者磁盘标签被破坏的影响，导致操作系统启动时找不到系统分区。

其他常用的 udev 命令：

udevtest:

udevtest会针对一个设备，在不需要 uevent 触发的情况下模拟一次 udev的运行，并输出查询规则文件的过程、所执行的行为、规则文件的执行结果。通常使用udevtest来调试规则文件。以下是一个针对设备 sda 的 udevtest例子。由于 udevtest是扫描所有的规则文件 ( 包括系统自带的规则文件 )，所以会产生冗长的输出。为了让读者清楚地了解 udevtest，本例只在规则目录里保留一条规则：

清单 13. 为 udevtest 保留的规则

 KERNEL=="sd*", PROGRAM="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", RESULT=="35000c50000a7ef67", \
 NAME="root_disk%n", SYMLINK="symlink_root_disk%n"

清单 14. udevtest 的执行过程

 [root@HOST_RHEL5 rules.d]# udevtest /block/sda 
 main: looking at device '/block/sda' from subsystem 'block'
 run_program: '/lib/udev/scsi_id -g -s /block/sda'
 run_program: '/lib/udev/scsi_id' (stdout) '35000c50000a7ef67'
 run_program: '/lib/udev/scsi_id' returned with status 0 
 udev_rules_get_name: reset symlink list 
 udev_rules_get_name: add symlink 'symlink_root_disk'
 udev_rules_get_name: rule applied, 'sda' becomes 'root_disk'
 udev_device_event: device '/block/sda' already in database, \
                  validate currently present symlinks 
 udev_node_add: creating device node '/dev/root_disk', major = '8', \
            minor = '0', mode = '0660', uid = '0', gid = '0'
 udev_node_add: creating symlink '/dev/symlink_root_disk' to 'root_disk'

可以看出，udevtest对 sda 执行了外部命令 scsi_id, 得到的 stdout 和规则文件里的 RESULT 匹配，所以该规则匹配。然后 ( 模拟 ) 产生设备文件/dev/root_disk和符号链接 /dev/symlink_root_disk，并为其设定权限。

start_udev:
start_dev命令重启 udev守护进程，并对所有的设备重新查询规则目录下所有的规则文件，然后执行所匹配的规则里的行为。通常使用该命令让新的规则文件立即生效：

清单 15. start_udev 的执行过程
```
 [root@HOST_RHEL5 rules.d]# start_udev 
 Starting udev:                                             [  OK  ]
```
start_udev一般没有标准输出，所有的 udev 相关信息都按照配置文件 (udev.conf)的参数设置，由 syslog记录。

小结：

udev 是高效的设备管理工具，其最大的优势是动态管理设备和自定义设备的命名规则，因此替代 devfs 成为 Linux 默认的设备管理工具。通过阅读本文，Linux 用户能够了解到 udev 的工作原理和流程，灵活地运用 udev 规则文件，从而方便地管理 Linux 设备文件。

码农公寓

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udev 简介

什么是 udev?

使用 udev 的好处：

图 1. udev 工作流程图：

相关术语：

如何配置和使用 udev

下载和安装 udev

清单 1. 检查 udev 在 RHEL4.8 里的版本和运行情况

清单 2. 检查 udev 在 RHEL5.3 里的版本和运行情况

udev 的配置文件 (/etc/udev/udev.conf)

清单 3. RHEL ４ . ８下 udev 的配置文件

清单 4. RHEL5.3 下 udev 的配置文件

通过 udev 设定设备文件的权限

清单 5. RHEL4.8 下 udev 的权限文件

udev 的规则和规则文件

清单 6. 简单说明键值对的例子

清单 7. 说明替换操作符的规则例子

制定 udev 规则和查询设备信息的实例：

清单 8. 通过 udevinfo 查询设备属性的例子

清单 9. 通过 scsi_id 查询磁盘的 SCSI_ID 的例子

清单 10. 产生网卡设备文件的规则

清单 11. 为指定大小的磁盘产生符号链接的规则

清单 12. 通过外部命令为指定序列号的磁盘产生设备文件的规则

清单 13. 为 udevtest 保留的规则

清单 14. udevtest 的执行过程

清单 15. start_udev 的执行过程

小结：

码农公寓

udev 简介

什么是 udev?

使用 udev 的好处：

图 1. udev 工作流程图：

相关术语：

如何配置和使用 udev

下载和安装 udev

清单 1. 检查 udev 在 RHEL4.8 里的版本和运行情况

清单 2. 检查 udev 在 RHEL5.3 里的版本和运行情况

udev 的配置文件 (/etc/udev/udev.conf)

清单 3. RHEL ４ . ８下 udev 的配置文件

清单 4. RHEL5.3 下 udev 的配置文件

通过 udev 设定设备文件的权限

清单 5. RHEL4.8 下 udev 的权限文件

udev 的规则和规则文件

清单 6. 简单说明键值对的例子

清单 7. 说明替换操作符的规则例子

制定 udev 规则和查询设备信息的实例：

清单 8. 通过 udevinfo 查询设备属性的例子

清单 9. 通过 scsi_id 查询磁盘的 SCSI_ID 的例子

清单 10. 产生网卡设备文件的规则

清单 11. 为指定大小的磁盘产生符号链接的规则

清单 12. 通过外部命令为指定序列号的磁盘产生设备文件的规则

清单 13. 为 udevtest 保留的规则

清单 14. udevtest 的执行过程

清单 15. start_udev 的执行过程

小结：

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