Linux内核基础--事件通知链(notifier chain)【转】

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：

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：

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：

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

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。

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

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：

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：

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

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。

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. #include <linux/notifier.h>
3. #include <linux/module.h>
4. #include <linux/init.h>
5. #include <linux/kernel.h> /* printk() */
6. #include <linux/fs.h> /* everything() */
7. #define TESTCHAIN_INIT 0x52U
8. static RAW_NOTIFIER_HEAD(test_chain);
9. /* define our own notifier_call_chain */
10. static int call_test_notifiers(unsigned long val, void *v)
11. {
12. return raw_notifier_call_chain(&test_chain, val, v);
13. }
14. EXPORT_SYMBOL(call_test_notifiers);
15. /* define our own notifier_chain_register func */
16. static int register_test_notifier(struct notifier_block *nb)
17. {
18. int err;
19. err = raw_notifier_chain_register(&test_chain, nb);
20. if(err)
21. goto out;
22. out:
23. return err;
24. }
25. EXPORT_SYMBOL(register_test_notifier);
26. static int __init test_chain_0_init(void)
27. {
28. printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_0\n");
29. return 0;
30. }
31. static void __exit test_chain_0_exit(void)
32. {
33. printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_0\n");
34. //  call_test_notifiers(TESTCHAIN_EXIT, (int *)NULL);
35. }
36. MODULE_LICENSE("GPL v2");
37. MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
38. module_init(test_chain_0_init);
39. module_exit(test_chain_0_exit);
40. /* test_chain_1.c ：1. 定义回调函数；2. 定义notifier_block；3. 向chain_0注册notifier_block；*/
41. #include <linux/notifier.h>
42. #include <linux/module.h>
43. #include <linux/init.h>
44. #include <linux/kernel.h> /* printk() */
45. #include <linux/fs.h> /* everything() */
46. extern int register_test_notifier(struct notifier_block *nb);
47. #define TESTCHAIN_INIT 0x52U
48. /* realize the notifier_call func */
49. int test_init_event(struct notifier_block *nb, unsigned long event,
50. void *v)
51. {
52. switch(event){
53. case TESTCHAIN_INIT:
54. printk(KERN_DEBUG "I got the chain event: test_chain_2 is on the way of init\n");
55. break;
56. default:
57. break;
58. }
59. return NOTIFY_DONE;
60. }
61. /* define a notifier_block */
62. static struct notifier_block test_init_notifier = {
63. .notifier_call = test_init_event,
64. };
65. static int __init test_chain_1_init(void)
66. {
67. printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_1\n");
68. register_test_notifier(&test_init_notifier);<span style="white-space:pre">  </span>// 由chain_0提供的设施
69. return 0;
70. }
71. static void __exit test_chain_1_exit(void)
72. {
73. printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_clain_l\n");
74. }
75. MODULE_LICENSE("GPL");
76. MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
77. module_init(test_chain_1_init);
78. module_exit(test_chain_1_exit);
79. /* test_chain_2.c：发出通知链事件*/
80. #include <linux/notifier.h>
81. #include <linux/module.h>
82. #include <linux/init.h>
83. #include <linux/kernel.h> /* printk() */
84. #include <linux/fs.h> /* everything() */
85. extern int call_test_notifiers(unsigned long val, void *v);
86. #define TESTCHAIN_INIT 0x52U
87. static int __init test_chain_2_init(void)
88. {
89. printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_2\n");
90. call_test_notifiers(TESTCHAIN_INIT, "no_use");
91. return 0;
92. }
93. static void __exit test_chain_2_exit(void)
94. {
95. printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_2\n");
96. }
97. MODULE_LICENSE("GPL v2");
98. MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
99. module_init(test_chain_2_init);
100. module_exit(test_chain_2_exit);
101. # Makefile
102. # Comment/uncomment the following line to disable/enable debugging
103. # DEBUG = y
104. # Add your debugging flag (or not) to CFLAGS
105. ifeq ($(DEBUG),y)
106. DEBFLAGS = -O -g -DSCULL_DEBUG # "-O" is needed to expand inlines
107. else
108. DEBFLAGS = -O2
109. endif
110. ifneq ($(KERNELRELEASE),)
111. # call from kernel build system
112. obj-m   := test_chain_0.o test_chain_1.o test_chain_2.o
113. else
114. KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
115. PWD       := $(shell pwd)
116. modules:
117. $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
118. endif
119. clean:
120. rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
121. depend .depend dep:
122. $(CC) $(CFLAGS) -M *.c > .depend
123. ifeq (.depend,$(wildcard .depend))
124. include .depend
125. endif
126. [wang2@iwooing: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_0.ko
127. [wang2@iwooing: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_1.ko
128. [wang2@iwooing: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_2.ko
129. [wang2@iwooing: notifier_chian]$ dmesg
130. [ 5950.112649] I'm in test_chain_0
131. [ 5956.766610] I'm in test_chain_1
132. [ 5962.570003] I'm in test_chain_2
133. [ 5962.570008] I got the chain event: test_chain_2 is on the way of init
134. [ 6464.042975] Goodbye to test_chain_2
135. [ 6466.368030] Goodbye to test_clain_l
136. [ 6468.371479] Goodbye to test_chain_0

1. <p></p>