Linux核心模組自動載入機制

思考

如果想讓核心啟動過程中自動載入某個模組該怎麼做呢？最容易想到的方法就是到/etc/init.d/中新增乙個啟動指令碼，然後在/etc/rcn.d/目錄下建立乙個符號鏈結，這個鏈結的名字以s開頭，這核心啟動時，就會自動執行這個指令碼了，這樣就可以在指令碼中使用modprobe來實現自動載入。但是我們發現，核心中載入了許多硬體裝置的驅動，而搜尋/etc目錄，卻沒有發現任何指令碼負責載入這些硬體裝置驅動程式的模組。那麼這些模組又是如何被載入的呢？

id, subvendor id的裝置提供服務。以pci裝置為例，它是通過乙個pci_device_id的資料結構來實現這個功能的。例如：rtl8139的 pci_device_id定義為：

static struct pci_device_id rtl8139_pci_tbl = ,
,......
}module_device_table (pci, rtl8139_pci_tbl);

上面的資訊說明，凡是verdon id為0x10ec, device id為0x8139, 0x8138的pci裝置(subvendor id和subdeviceid為pci_any_id，表示不限制。)，都可以使用這個驅動程式(8139too)。

alias pci:v000010ecd00008138sv*sd*bc*sc*i* 8139too

alias pci:v000010ecd00008139sv*sd*bc*sc*i* 8139too

......

v 後面的000010ec說明其vendor id為10ec，d後面的00008138說明device id為8139，而sv,和sd為subvendor id和subdevice id，後面的星號表示任意匹配。

另外在/lib/modules/uname-r /modules.dep檔案中還儲存這模組之間的依賴關係，其內容如下：

(這裡省去了路徑資訊。)
8139too.ko:mii.ko

options，這裡面的各種匯流排，你只能夠選擇y或n，而不能選擇m.)，並且為每乙個裝置建立乙個裝置物件。每乙個匯流排物件有乙個kset物件，每一個裝置物件嵌入了乙個kobject物件，kobject連線在kset物件上，這樣匯流排和匯流排之間，匯流排和裝置裝置之間就組織成一顆樹狀結構。當匯流排驅動程式為掃瞄到的裝置建立裝置物件時，會初始化kobject物件，並把它連線到裝置樹中，同時會呼叫kobject_uevent()把這個(新增新設備的)事件，以及相關資訊(包括裝置的vendorid,deviceid等資訊。)通過netlink傳送到使用者態中。在使用者態的udevd檢測到這個事件，就可以根據這些資訊，開啟/lib/modules/uname-r /modules.alias檔案，根據

alias pci:v000010ecd00008138sv*sd*bc*sc*i* 8139too

得知這個新掃瞄到的裝置驅動模組為8139too。於是modprobe就知道要載入8139too這個模組了，同時modprobe根據 modules.dep檔案發現，8139too依賴於mii.ko，如果mii.ko沒有載入，modprobe就先載入mii.ko，接著再載入 8139too.ko。在你的shell中，執行：

# ps aux | grep udevd

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

我們得到udevd的程序id為25063，現在結束這個程序：

# kill -9 25063

然後跟蹤udevd，在shell中執行：

# strace -f /sbin/udevd --daemon

這時，我們看到udevd的輸出如下：

......
close(8)                                = 0
munmap(0xb7f8c000, 4096)                = 0
select(7, [3 4 5 6], null, null, null

我們發現udevd在這裡被阻塞在select()函式中。

select函式原型如下：

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
第乙個引數：nfds表示最大的檔案描述符號，這裡為7(明明是6 ?)。
第二個引數：readfds為讀檔案描述符集合，這裡為3,4,5,6.
第三個引數：writefds為寫檔案描述符集合，這裡為null。
第四個引數：exceptfds為異常檔案描述符集合，這裡為null。
第五個引數：timeout指定超時時間，這裡為null。

select函式的作用是：如果readfds中的任何乙個檔案有資料可讀，或者witefds中的任何乙個檔案可以寫入，或者exceptfds中的任何乙個檔案出現異常時，就返回。否則阻塞當前程序，直到上訴條件滿足，或者因阻塞時間超過了timeout指定的時間，當前程序被喚醒，select返回。

所以，在這裡udevd等待3,4,5,6這幾個檔案有資料可讀，才會被喚醒。現在，到shell中執行：

# ps aux | grep udevd

root 27615 ...... strace -o /tmp/udevd.debug -f /sbin/udevd --daemon

root 27617 ...... /sbin/udevd --daemon

udevd的程序id為27617，現在我們來看看select等待的幾個檔案：

# cd /proc/27615/fd
# ls -l
udevd的標準輸入，標準輸出，標準錯誤全部為/dev/null.
0 -> /dev/null
1 -> /dev/null
2 -> /dev/null
udevd在下面這幾個檔案上等待。
3 -> /inotify
4 -> socket:[331468]
5 -> socket:[331469]
6 -> pipe:[331470]
7 -> pipe:[331470]

由於不方便在執行中插入一塊8139的網絡卡，因此現在我們以乙個u盤來做試驗，當你插入乙個u盤後，你將會看到strace的輸出，從它的輸出可以看到 udevd在select返回後，呼叫了modprobe載入驅動模組，並呼叫了sys_mknod，在dev目錄下建立了相應的節點。

execve("/sbin/modprobe", ["/sbin/modprobe", "-q", "usb:v05acp1301d0100dc00dsc00dp00"...]
......
mknod("/dev/sdb", s_ifblk|0660, makedev(8, 16)) = 0
......

這裡modprobe的引數"usb:v05ac..."對應modules.alias中的某個模組。

可以通過udevmonitor來檢視核心通過netlink傳送給udevd的訊息，在shell中執行：

# udevmonitor --env

然後再插入u盤，就會看到相關的傳送給udevd的訊息。

== 核心處理過程 ==：

int pci_bus_add_device(struct pci_dev *dev)

device_add()**如下：

int device_add(struct device *dev)

device_add()在準備好相關資料結構後，會呼叫kobject_uevent()，把這個訊息傳送到使用者空間的udevd。

int kobject_uevent(struct kobject *kobj, enum kobject_action action)
int kobject_uevent_env(struct kobject *kobj, enum kobject_action action, char *envp_ext)
}......
/* 通過netlink傳送訊息，這樣使用者態的udevd程序就會從select()函式返回，並做相應的處理。 */
#if defined(config_net)
/* send netlink message */
if (uevent_sock) 
netlink_cb(skb).dst_group = 1;
netlink_broadcast(uevent_sock, skb, 0, 1, gfp_kernel);}}
#endif
......
return retval;
}

現在我們知道/dev目錄下的裝置檔案是由 udevd負責建立的，但是在核心啟動過程中，需要mount乙個根目錄，通常我們的根目錄是在硬碟上，比如：/dev/sda1，但是硬碟對應的驅動程式沒有載入前，/dev/sda1是不存在的，如果沒有/dev/sda1，就不能通過mount /dev/sda1 /來掛載根目錄。另一方面udevd是乙個可執行檔案，如果連硬碟驅動程式到沒有載入，根目錄都不存在，udevd就不能執行。如果udevd不能執行，那麼就不會自動載入磁碟驅動程式，也就不能自動建立/dev/sda1。這不是死鎖了嗎？那麼你的linux是怎麼啟動的呢？

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