Linux内核基础--事件通知链(notifier chain)

Linux内核基础--事件通知链(notifier chain)
http://blog.csdn.net/wuhzossibility/article/details/8079025

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：
[cpp] view plain copy
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：
[cpp] view plain copy
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：
[cpp] view plain copy
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
[cpp] view plain copy
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。
[cpp] view plain copy
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：
[cpp] view plain copy
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：
[cpp] view plain copy
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
[cpp] view plain copy
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。
[cpp] view plain copy
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*/
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() */
9. #define TESTCHAIN_INIT 0x52U
10. static RAW_NOTIFIER_HEAD(test_chain);
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);
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);
25. if(err)
26. goto out;
28. out:
29. return err;
30. }
32. EXPORT_SYMBOL(register_test_notifier);
34. static int __init test_chain_0_init(void)
35. {
36. printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_0 ");
38. return 0;
39. }
41. static void __exit test_chain_0_exit(void)
42. {
43. printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_0 ");
44. // call_test_notifiers(TESTCHAIN_EXIT, (int *)NULL);
45. }
47. MODULE_LICENSE("GPL v2");
48. MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
50. module_init(test_chain_0_init);
51. module_exit(test_chain_0_exit);
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>
58. #include <linux/kernel.h> /* printk() */
59. #include <linux/fs.h> /* everything() */
61. extern int register_test_notifier(struct notifier_block *nb);
62. #define TESTCHAIN_INIT 0x52U
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 ");
71. break;
73. default:
74. break;
75. }
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 ");
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. }
90. static void __exit test_chain_1_exit(void)
91. {
92. printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_clain_l ");
93. }
95. MODULE_LICENSE("GPL");
96. MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
98. module_init(test_chain_1_init);
99. module_exit(test_chain_1_exit);
101. /* test_chain_2.c：发出通知链事件*/
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() */
109. extern int call_test_notifiers(unsigned long val, void *v);
110. #define TESTCHAIN_INIT 0x52U
112. static int __init test_chain_2_init(void)
113. {
114. printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_2 ");
115. call_test_notifiers(TESTCHAIN_INIT, "no_use");
117. return 0;
118. }
120. static void __exit test_chain_2_exit(void)
121. {
122. printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_2 ");
123. }
125. MODULE_LICENSE("GPL v2");
126. MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
128. module_init(test_chain_2_init);
129. module_exit(test_chain_2_exit);
131. # Makefile
133. # Comment/uncomment the following line to disable/enable debugging
134. # DEBUG = y
137. # Add your debugging flag (or not) to CFLAGS
138. ifeq ($(DEBUG),y)
139. DEBFLAGS = -O -g -DSCULL_DEBUG # "-O" is needed to expand inlines
140. else
141. DEBFLAGS = -O2
142. endif
145. ifneq ($(KERNELRELEASE),)
146. # call from kernel build system
148. obj-m := test_chain_0.o test_chain_1.o test_chain_2.o
150. else
152. KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
153. PWD := $(shell pwd)
155. modules:
156. $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
158. endif
162. clean:
163. rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
165. depend .depend dep:
166. $(CC) $(CFLAGS) -M *.c > .depend
169. ifeq (.depend,$(wildcard .depend))
170. include .depend
171. endif
173. [wang2@iwooing: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_0.ko
174. [wang2@iwooing: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_1.ko
175. [wang2@iwooing: notifier_chian]$ sudo insmod./test_chain_2.ko
178. [wang2@iwooing: notifier_chian]$ dmesg
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
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>
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Linux内核基础--事件通知链(notifier chain)

1.1. 概述

1.2．数据结构

1.3.1. 向事件通知链注册的步骤

1.3.2. 通知子系统有事件发生

1.3.3. 事件列表

1.4. 简单一例：