使用 udev 高效、動態地管理 Linux 設備文件

本文轉自： https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-udev/index.html

概述：

Linux 用戶常常會很難鑒別同一類型的設備名，比如 eth0, eth2, sda, sdb 等等。通過觀察這些設備的內核設備名稱，用戶通常能知道這些是什么類型的設備，但是不知道哪一個設備是他們想要的。例如，在一個充斥著本地磁盤和光纖磁盤的設備名清單 ( /dev/sd*) 中，用戶無法找到一個序列號為“35000c50000a7ef67”的磁盤。在這種情況下，udev 就能動態地在  /dev目錄里產生自己想要的、標識性強的設備文件或者設備鏈接，以此幫助用戶方便快捷地找到所需的設備文件。

udev 簡介

什么是 udev?

udev 是 Linux2.6 內核里的一個功能，它替代了原來的 devfs，成為當前 Linux 默認的設備管理工具。udev 以守護進程的形式運行，通過偵聽內核發出來的 uevent 來管理  /dev目錄下的設備文件。不像之前的設備管理工具，udev 在用戶空間 (user space) 運行，而不在內核空間 (kernel space) 運行。

使用 udev 的好處：

我們都知道，所有的設備在 Linux 里都是以設備文件的形式存在。在早期的 Linux 版本中， /dev目錄包含了所有可能出現的設備的設備文件。很難想象 Linux 用戶如何在這些大量的設備文件中找到匹配條件的設備文件。現在 udev 只為那些連接到 Linux 操作系統的設備產生設備文件。并且 udev 能通過定義一個 udev 規則 (rule) 來產生匹配設備屬性的設備文件，這些設備屬性可以是內核設備名稱、總線路徑、廠商名稱、型號、序列號或者磁盤大小等等。

• 動態管理：當設備添加 / 刪除時，udev 的守護進程偵聽來自內核的 uevent，以此添加或者刪除  /dev下的設備文件，所以 udev 只為已經連接的設備產生設備文件，而不會在  /dev下產生大量虛無的設備文件。
• 自定義命名規則：通過 Linux 默認的規則文件，udev 在 /dev/ 里為所有的設備定義了內核設備名稱，比如  /dev/sda、/dev/hda、/dev/fd等等。由于 udev 是在用戶空間 (user space) 運行，Linux 用戶可以通過自定義的規則文件，靈活地產生標識性強的設備文件名，比如  /dev/boot_disk、/dev/root_disk、/dev/color_printer等等。
• 設定設備的權限和所有者 / 組：udev 可以按一定的條件來設置設備文件的權限和設備文件所有者 / 組。在不同的 udev 版本中，實現的方法不同，在“如何配置和使用 udev”中會詳解。

下面的流程圖顯示 udev 添加 / 刪除設備文件的過程。

圖 1. udev 工作流程圖：

相關術語：

• 設備文件：由于本文以較通俗的方式講解 udev，所以設備文件是泛指在  /dev/下，可被應用程序用來和設備驅動交互的文件。而不會特別地區分設備文件、設備節點或者設備特殊文件。
• devfs： devfs是 Linux 早期的設備管理工具，已經被 udev 取代。
• sysfs： sysfs是 Linux 2.6 內核里的一個虛擬文件系統  (/sys)。它把設備和驅動的信息從內核的設備模塊導出到用戶空間 (userspace)。從該文件系統中，Linux 用戶可以獲取很多設備的屬性。
• devpath：本文的  devpath是指一個設備在  sysfs文件系統  (/sys)下的相對路徑，該路徑包含了該設備的屬性文件。udev 里的多數命令都是針對  devpath操作的。例如： sda的  devpath是  /block/sda，sda2 的  devpath是  /block/sda/sda2。
• 內核設備名稱：設備在  sysfs里的名稱，是 udev 默認使用的設備文件名。

如何配置和使用 udev

下面會以 RHEL4.8 和 RHEL5.3 為平臺，分別描述 udev 的配置和使用：

下載和安裝 udev

從 Fedora3 和 Red Hat Enterprise4 開始，udev 就是默認的設備管理工具，無需另外下載安裝。

清單 1. 檢查 udev 在 RHEL4.8 里的版本和運行情況

清單 2. 檢查 udev 在 RHEL5.3 里的版本和運行情況

如果 Linux 用戶想更新 udev 包，可以從  http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/下載并安裝。

udev 的配置文件 (/etc/udev/udev.conf)

清單 3. RHEL ４ . ８下 udev 的配置文件

Linux 用戶可以通過該文件設置以下參數：

• u dev_root：udev 產生的設備所存放的目錄，默認值是  /dev/。建議不要修改該參數，因為很多應用程序默認會從該目錄調用設備文件。
• udev_db：udev 信息存放的數據庫或者所在目錄，默認值是  /dev/.udev.tdb。
• udev_rules：udev 規則文件的名字或者所在目錄，默認值是  /etc/udev/rules.d/。
• udev_permissions：udev 權限文件的名字或者所在目錄，默認值是  /etc/udev/permissions.d/。
• defau lt_mode/ default_owner/ default_group：如果設備文件的權限沒有在權限文件里指定，就使用該參數作為默認權限，默認值分別是： 0600/root/root。
• udev_log：是否需要  syslog記錄 udev 日志的開關，默認值是 no。

清單 4. RHEL5.3 下 udev 的配置文件

udev_log： syslog記錄日志的級別，默認值是 err。如果改為 info 或者 debug 的話，會有冗長的 udev 日志被記錄下來。

實際上在 RHEL5.3 里，除了配置文件里列出的參數  udev_log外，Linux 用戶還可以修改參數  udev_root和  udev_rules( 請參考上面的“RHEL4.8 的 udev 配置文件”)，只不過這 2 個參數是不建議修改的，所以沒顯示在 udev.conf 里。

可見該版本的 udev.conf 改動不小： syslog默認會記錄 udev 的日志，Linux 用戶只能修改日志的級別 (err、info、degub 等 )；設備的權限不能在 udev.conf 里設定，而是要在規則文件 (*.rules) 里設定。

通過 udev 設定設備文件的權限

在 RHEL4.8 的 udev，設備的權限是通過權限文件來設置。

清單 5. RHEL4.8 下 udev 的權限文件

RHEL4.8 里 udev 的權限文件會為所有常用的設備設定權限和 ownership，如果有設備沒有被權限文件設置權限，udev 就按照 udev.conf 里的默認權限值為這些設備設置權限。由于篇幅的限制，上圖只顯示了 udev 權限文件的一部分，該部分設  置了所有可能連接上的磁盤設備和磁帶設備的權限和 ownership。

而在 RHEL5.3 的 udev，已經沒有權限文件，所有的權限都是通過規則文件  (*.rules)來設置，在下面的規則文件配置過程會介紹到。

udev 的規則和規則文件

規則文件是 udev 里最重要的部分，默認是存放在  /etc/udev/rules.d/下。所有的規則文件必須以“ .rules”為后綴名。RHEL 有默認的規則文件，這些默認規則文件不僅為設備產生內核設備名稱，還會產生標識性強的符號鏈接。例如：

但這些鏈接名較長，不易調用，所以通常需要自定義規則文件，以此產生易用且標識性強的設備文件或符號鏈接。

此外，一些應用程序也會在  /dev/下產生一些方便調用的符號鏈接。例如規則 40-multipath.rules 為磁盤產生下面的符號鏈接：

udev 按照規則文件名的字母順序來查詢全部規則文件，然后為匹配規則的設備管理其設備文件或文件鏈接。雖然 udev 不會因為一個設備匹配了一條規則而停止解析后面的規則文件，但是解析的順序仍然很重要。通常情況下，建議讓自己想要的規則文件最先被解析。比如，創建一個名為  /etc/udev/rules.d/10-myrule.rules的文件，并把你的規則寫入該文件，這樣 udev 就會在解析系統默認的規則文件之前解析到你的文件。

RHEL5.3 的 udev 規則文件比 RHEL4.8 里的更完善。受篇幅的限制，同時也為了不讓大家混淆，本文將不對 RHEL4.8 里的規則文件進行詳解，下面關于規則文件的配置和實例都是在 RHEL5.3 上進行的。如果大家需要配置 RHEL4 的 udev 規則文件，可以先參照下面 RHEL5.3 的配置過程，然后查詢 RHEL4 里的用戶手冊 (man udev) 后進行配置。

在規則文件里，除了以“#”開頭的行（注釋），所有的非空行都被視為一條規則，但是一條規則不能擴展到多行。規則都是由多個  鍵值對（key-value pairs）組成，并由逗號隔開，鍵值對可以分為  條件匹配鍵值對( 以下簡稱“匹配鍵  ”) 和  賦值鍵值對( 以下簡稱“賦值鍵  ”)，一條規則可以有多條匹配鍵和多條賦值鍵。匹配鍵是匹配一個設備屬性的所有條件，當一個設備的屬性匹配了該規則里所有的匹配鍵，就認為這條規則生效，然后按照賦值鍵的內容，執行該規則的賦值。下面是一個簡單的規則：

清單 6. 簡單說明鍵值對的例子

KERNEL 是匹配鍵，NAME 和 MODE 是賦值鍵。這條規則的意思是：如果有一個設備的內核設備名稱為 sda，則該條件生效，執行后面的賦值：在  /dev下產生一個名為  my_root_disk的設備文件，并把設備文件的權限設為 0660。

通過這條簡單的規則，大家應該對 udev 規則有直觀的了解。但可能會產生疑惑，為什么 KERNEL 是匹配鍵，而 NAME 和 MODE 是賦值鍵呢？這由中間的操作符 (operator) 決定。

僅當操作符是“==”或者“!=”時，其為匹配鍵；若為其他操作符時，都是賦值鍵。

• RHEL5.3 里 udev 規則的所有操作符：

  “ ==”：比較鍵、值，若等于，則該條件滿足；

  “ ! =”： 比較鍵、值，若不等于，則該條件滿足；

  “ =”： 對一個鍵賦值；

  “ +=”：為一個表示多個條目的鍵賦值。

  “ :=”：對一個鍵賦值，并拒絕之后所有對該鍵的改動。目的是防止后面的規則文件對該鍵賦值。

• RHEL5.3 里 udev 規則的匹配鍵

  ACTION： 事件 (uevent) 的行為，例如：add( 添加設備 )、remove( 刪除設備 )。

  KE RNEL： 內核設備名稱，例如：sda, cdrom。

  DEVPATH：設備的 devpath 路徑。

  SUBSYSTEM： 設備的子系統名稱，例如：sda 的子系統為 block。

  BUS： 設備在 devpath 里的總線名稱，例如：usb。

  DRIVER： 設備在 devpath 里的設備驅動名稱，例如：ide-cdrom。

  ID： 設備在 devpath 里的識別號。

  SYSFS{filename}： 設備的 devpath 路徑下，設備的屬性文件“filename”里的內容。

  例如：SYSFS{model}==“ST936701SS”表示：如果設備的型號為 ST936701SS，則該設備匹配該  匹配鍵。

  在一條規則中，可以設定最多五條 SYSFS 的  匹配鍵。

  ENV{key}： 環境變量。在一條規則中，可以設定最多五條環境變量的  匹配鍵。

  PROGRAM：調用外部命令。

  RESULT： 外部命令 PROGRAM 的返回結果。例如：

  1	PROGRAM=="/lib/udev/scsi_id -g -s $devpath", RESULT=="35000c50000a7ef67"

  調用外部命令  /lib/udev/scsi_id查詢設備的 SCSI ID，如果返回結果為 35000c50000a7ef67，則該設備匹配該  匹配鍵。

• RHEL5.3 里 udev 的重要賦值鍵

  NAME ：在  /dev下產生的設備文件名。只有第一次對某個設備的 NAME 的賦值行為生效，之后匹配的規則再對該設備的 NAME 賦值行為將被忽略。如果沒有任何規則對設備的 NAME 賦值，udev 將使用內核設備名稱來產生設備文件。

  SYMLINK：為  /dev/下的設備文件產生符號鏈接。由于 udev 只能為某個設備產生一個設備文件，所以為了不覆蓋系統默認的 udev 規則所產生的文件，推薦使用符號鏈接。

  OWNER, GROUP, MODE ：為設備設定權限。

  ENV{key}：導入一個環境變量。

• RHEL5.3 里 udev 的值和可調用的替換操作符

  在鍵值對中的鍵和操作符都介紹完了，最后是值 (value)。Linux 用戶可以隨意地定制 udev 規則文件的值。例如： my_root_disk, my_printer。同時也可以引用下面的替換操作符：

  $kernel, %k：設備的內核設備名稱，例如：sda、cdrom。

  $number, %n：設備的內核號碼，例如：sda3 的內核號碼是 3。

  $devpath, %p ：設備的  devpath路徑。

  $id, %b ：設備在  devpath里的 ID 號。

  $sysfs{file}, %s{file} ：設備的  sysfs里 file 的內容。其實就是設備的屬性值。
  例如：$sysfs{size} 表示該設備 ( 磁盤 ) 的大小。

  $env{key}, %E{key} ：一個環境變量的值。

  $major, %M ：設備的 major 號。

  $minor %m ：設備的 minor 號。

  $result, %c ：PROGRAM 返回的結果。

  $ parent, %P：父設備的設備文件名。

  $root, %r ：udev_root的值，默認是  /dev/。

  $tempnode, %N ：臨時設備名。

  %% ：符號 % 本身。

  $$ ：符號 $ 本身。

  清單 7. 說明替換操作符的規則例子

  1 2	KERNEL=="sd*", PROGRAM="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", \ RESULT=="35000c50000a7ef67", SYMLINK="%k_%c"

  該規則的執行：如果有一個內核設備名稱以 sd 開頭，且 SCSI ID 為  35000c50000a7ef67，則為設備文件產生一個符號鏈接“sda_35000c50000a7ef67”.

制定 udev 規則和查詢設備信息的實例：

如何查找設備的信息 ( 屬性 ) 來制定 udev 規則：

當我們為指定的設備設定規則時，首先需要知道該設備的屬性，比如設備的序列號、磁盤大小、廠商 ID、設備路徑等等。通常我們可以通過以下的方法獲得：

• 查詢 sysfs 文件系統：

  前面介紹過，sysfs 里包含了很多設備和驅動的信息。

  例如：設備 sda 的 SYSFS{size} 可以通過  cat /sys/block/sda/size得到；SYSFS{model} 信息可以通過  cat /sys/block/sda/device/model得到。

• udevinfo 命令：

  udevinfo 可以查詢 udev 數據庫里的設備信息。例如：用 udevinfo 查詢設備 sda 的 model 和 size 信息：

  清單 8. 通過 udevinfo 查詢設備屬性的例子

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  [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：

  清單 9. 通過 scsi_id 查詢磁盤的 SCSI_ID 的例子

  1 2	[root@HOST_RHEL5 ~]# scsi_id -g -s /block/sda 35000c50000a7ef67

udev 的簡單規則：

清單 10. 產生網卡設備文件的規則

該規則表示：如果存在設備的子系統為 net，并且地址 (MAC address) 為“AA:BB:CC:DD:EE:FF”，為該設備產生一個名為 public_NIC 的設備文件。

清單 11. 為指定大小的磁盤產生符號鏈接的規則

該規則表示：如果存在設備的子系統為 block，并且大小為 71096640(block)，則為該設備的設備文件名產生一個名為 my_disk 的符號鏈接。

清單 12. 通過外部命令為指定序列號的磁盤產生設備文件的規則

該規則表示：如果存在設備的內核設備名稱是以 sd 開頭 ( 磁盤設備 )，以數字結尾 ( 磁盤分區 )，并且通過外部命令查詢該設備的 SCSI_ID 號為“35000c50000a7ef67”，則產生一個以 root_disk 開頭，內核號碼結尾的設備文件，并替換原來的設備文件（如果存在的話）。例如：產生設備名  /dev/root_disk2，替換原來的設備名  /dev/sda2。

運用這條規則，可以在  /etc/fstab里保持系統分區名稱的一致性，而不會受驅動加載順序或者磁盤標簽被破壞的影響，導致操作系統啟動時找不到系統分區。

其他常用的 udev 命令：

• udevtest:

  udevtest會針對一個設備，在不需要 uevent 觸發的情況下模擬一次  udev的運行，并輸出查詢規則文件的過程、所執行的行為、規則文件的執行結果。通常使用  udevtest來調試規則文件。以下是一個針對設備 sda 的  udevtest例子。由于  udevtest是掃描所有的規則文件 ( 包括系統自帶的規則文件 )，所以會產生冗長的輸出。為了讓讀者清楚地了解  udevtest，本例只在規則目錄里保留一條規則：

  清單 13. 為 udevtest 保留的規則

  1 2	KERNEL=="sd*", PROGRAM="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", RESULT=="35000c50000a7ef67", \ NAME="root_disk%n", SYMLINK="symlink_root_disk%n"

  清單 14. udevtest 的執行過程

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  [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對 sda 執行了外部命令  scsi_id, 得到的 stdout 和規則文件里的 RESULT 匹配，所以該規則匹配。然后 ( 模擬 ) 產生設備文件  /dev/root_disk和符號鏈接  /dev/symlink_root_disk，并為其設定權限。

• start_udev:

  start_ dev命令重啟  udev守護進程，并對所有的設備重新查詢規則目錄下所有的規則文件，然后執行所匹配的規則里的行為。通常使用該命令讓新的規則文件立即生效：

  清單 15. start_udev 的執行過程

  1 2	[root@HOST_RHEL5 rules.d]# start_udev Starting udev:                                             [  OK  ]

  start _udev 一般沒有標準輸出，所有的 udev 相關信息都按照配置文件 ( udev.conf)的參數設置，由  syslog記錄。

小結：

udev 是高效的設備管理工具，其最大的優勢是動態管理設備和自定義設備的命名規則，因此替代 devfs 成為 Linux 默認的設備管理工具。通過閱讀本文，Linux 用戶能夠了解到 udev 的工作原理和流程，靈活地運用 udev 規則文件，從而方便地管理 Linux 設備文件。