udev 高效、動態地管理 Linux 裝置檔案

概述：

Linux 使用者常常會很難鑒別同一類型的裝置名稱，比如 eth0, eth1, sda, sdb 等等。通過觀察這些裝置的核心裝置名稱，使用者通常能知道這些是什麼類型的裝置，但是不知道哪一個裝置是他們想要的。例如，在一個充斥著本地磁碟和光纖磁碟的裝置名稱清單 (/dev/sd*) 中，使用者無法找到一個序號為“35000c50000a7ef67”的磁碟。在這種情況下，udev 就能動態地在 /dev目錄裡產生自己想要的、標識性強的裝置檔案或者裝置連結，以此協助使用者方便快捷地找到所需的裝置檔案。

udev 簡介

什麼是 udev?

udev 是 Linux2.6 核心裡的一個功能，它替代了原來的 devfs，成為當前 Linux 預設的裝置管理工具。udev 以守護進程的形式運行，通過偵聽核心發出來的 uevent 來管理 /dev目錄下的裝置檔案。不像之前的裝置管理工具，udev 在使用者空間 (user space) 運行，而不在核心空間 (kernel space) 運行。

使用 udev 的好處：

我們都知道，所有的裝置在 Linux 裡都是以裝置檔案的形式存在。在早期的 Linux 版本中，/dev目錄包含了所有可能出現的裝置的裝置檔案。很難想象 Linux 使用者如何在這些大量的裝置檔案中找到匹配條件的裝置檔案。現在 udev 只為那些串連到 Linux 作業系統的裝置產生裝置檔案。並且 udev 能通過定義一個 udev 規則 (rule) 來產生匹配裝置屬性的裝置檔案，這些裝置屬性可以是核心裝置名稱、匯流排路徑、廠商名稱、型號、序號或者磁碟大小等等。

• 動態管理：當裝置添加 / 刪除時，udev 的守護進程偵聽來自核心的 uevent，以此添加或者刪除 /dev下的裝置檔案，所以 udev 只為已經串連的裝置產生裝置檔案，而不會在 /dev下產生大量虛無的裝置檔案。
• 自訂命名規則：通過 Linux 預設的規則檔案，udev 在 /dev/ 裡為所有的裝置定義了核心裝置名稱，比如/dev/sda、/dev/hda、/dev/fd等等。由於 udev 是在使用者空間 (user space) 運行，Linux 使用者可以通過自訂的規則檔案，靈活地產生標識性強的裝置檔案名稱，比如 /dev/boot_disk、/dev/root_disk、/dev/color_printer等等。
• 設定裝置的許可權和所有者 / 組：udev 可以按一定的條件來設定裝置檔案的許可權和裝置檔案所有者 / 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 / 刪除裝置檔案的過程。

圖 1. udev 工作流程圖：
 

相關術語：

• 裝置檔案：由於本文以較通俗的方式講解 udev，所以裝置檔案是泛指在 /dev/下，可被應用程式用來和裝置驅動互動的檔案。而不會特別地區分裝置檔案、裝置節點或者裝置特殊檔案。
• devfs：devfs是 Linux 早期的裝置管理工具，已經被 udev 取代。
• sysfs：sysfs是 Linux 2.6 核心裡的一個虛擬檔案系統 (/sys)。它把裝置和驅動的資訊從核心的裝置模組匯出到使用者空間 (userspace)。從該檔案系統中，Linux 使用者可以擷取很多裝置的屬性。
• devpath：本文的 devpath是指一個裝置在 sysfs檔案系統 (/sys)下的相對路徑，該路徑包含了該裝置的屬性檔案。udev 裡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。
• 核心裝置名稱：裝置在 sysfs裡的名稱，是 udev 預設使用的裝置檔案名稱。

 

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如何配置和使用 udev

下面會以 RHEL4.8 和 RHEL5.3 為平台，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 就是預設的裝置管理工具，無需另外下載安裝。

清單 1. 檢查 udev 在 RHEL4.8 裡的版本和運行情況

[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

清單 2. 檢查 udev 在 RHEL5.3 裡的版本和運行情況

[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 使用者想更新 udev 包，可以從 http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/下載並安裝。

udev 的設定檔 (/etc/udev/udev.conf)

清單 3. RHEL ４ . ８下 udev 的設定檔

[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 使用者可以通過該檔案設定以下參數：

• udev_root：udev 產生的裝置所存放的目錄，預設值是 /dev/。建議不要修改該參數，因為很多應用程式預設會從該目錄調用裝置檔案。
• udev_db：udev 資訊存放的資料庫或者所在目錄，預設值是 /dev/.udev.tdb。
• udev_rules：udev 規則檔案的名字或者所在目錄，預設值是 /etc/udev/rules.d/。
• udev_permissions：udev 許可權檔案的名字或者所在目錄，預設值是 /etc/udev/permissions.d/。
• default_mode/ default_owner/ default_group：如果裝置檔案的許可權沒有在許可權檔案裡指定，就使用該參數作為預設許可權，預設值分別是：0600/root/root。
• udev_log：是否需要 syslog記錄 udev 日誌的開關，預設值是 no。

清單 4. RHEL5.3 下 udev 的設定檔

[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記錄日誌的層級，預設值是 err。如果改為 info 或者 debug 的話，會有冗長的 udev 日誌被記錄下來。

實際上在 RHEL5.3 裡，除了設定檔裡列出的參數 udev_log外，Linux 使用者還可以修改參數 udev_root和 udev_rules( 請參考上面的“RHEL4.8 的 udev 設定檔”)，只不過這 2 個參數是不建議修改的，所以沒顯示在 udev.conf 裡。

可見該版本的 udev.conf 改動不小：syslog預設會記錄 udev 的日誌，Linux 使用者只能修改日誌的層級 (err、info、degub 等 )；裝置的許可權不能在 udev.conf 裡設定，而是要在規則檔案 (*.rules) 裡設定。

通過 udev 設定裝置檔案的許可權

在 RHEL4.8 的 udev，裝置的許可權是通過許可權檔案來設定。

清單 5. RHEL4.8 下 udev 的許可權檔案

[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 裡 udev 的許可權檔案會為所有常用的裝置設定許可權和 ownership，如果有裝置沒有被許可權檔案設定許可權，udev 就按照 udev.conf 裡的預設許可權值為這些裝置設定許可權。由於篇幅的限制，只顯示了 udev 許可權檔案的一部分，該部分設 置了所有可能串連上的磁碟裝置和磁帶裝置的許可權和 ownership。

而在 RHEL5.3 的 udev，已經沒有許可權檔案，所有的許可權都是通過規則檔案 (*.rules)來設定，在下面的規則檔案配置過程會介紹到。

udev 的規則和規則檔案

規則檔案是 udev 裡最重要的部分，預設是存放在 /etc/udev/rules.d/下。所有的規則檔案必須以“.rules”為尾碼名。RHEL 有預設的規則檔案，這些預設規則檔案不僅為裝置產生核心裝置名稱，還會產生標識性強的符號連結。例如：

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

 

但這些連結名較長，不易調用，所以通常需要自訂規則檔案，以此產生易用且標識性強的裝置檔案或符號連結。

此外，一些應用程式也會在 /dev/下產生一些方便調用的符號連結。例如規則 40-multipath.rules 為磁碟產生下面的符號連結：

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

 

udev 按照規則檔案名稱的字母順序來查詢全部規則檔案，然後為匹配規則的裝置管理其裝置檔案或檔案連結。雖然 udev 不會因為一個裝置匹配了一條規則而停止解析後面的規則檔案，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檔案最先被解析。比如，建立一個名為 /etc/udev/rules.d/10-myrule.rules的檔案，並把你的規則寫入該檔案，這樣 udev 就會在解析系統預設的規則檔案之前解析到你的檔案。

RHEL5.3 的 udev 規則檔案比 RHEL4.8 裡的更完善。受篇幅的限制，同時也為了不讓大家混淆，本文將不對 RHEL4.8 裡的規則檔案進行詳解，下面關於規則檔案的配置和執行個體都是在 RHEL5.3 上進行的。如果大家需要配置 RHEL4 的 udev 規則檔案，可以先參照下面 RHEL5.3 的配置過程，然後查詢 RHEL4 裡的使用者手冊 (man udev) 後進行配置。

在規則檔案裡，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充到多行。規則都是由多個 索引值對（key-value pairs）組成，並由逗號隔開，索引值對可以分為 條件匹配索引值對( 以下簡稱“匹配鍵 ”) 和 賦值索引值對( 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。匹配鍵是匹配一個裝置屬性的所有條件，當一個裝置的屬性匹配了該規則裡所有的匹配鍵，就認為這條規則生效，然後按照賦值鍵的內容，執行該規則的賦值。下面是一個簡單的規則：

清單 6. 簡單說明索引值對的例子

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

 

KERNEL 是匹配鍵，NAME 和 MODE 是賦值鍵。這條規則的意思是：如果有一個裝置的核心裝置名稱為 sda，則該條件生效，執行後面的賦值：在 /dev下產生一個名為 my_root_disk的裝置檔案，並把裝置檔案的許可權設為 0660。

通過這條簡單的規則，大家應該對 udev 規則有直觀的瞭解。但可能會產生疑惑，為什麼 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；若為其他動作符時，都是賦值鍵。

• RHEL5.3 裡 udev 規則的所有操作符：

  “==”：比較鍵、值，若等於，則該條件滿足；

  “!=”： 比較鍵、值，若不等於，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，並拒絕之後所有對該鍵的改動。目的是防止後面的規則檔案對該鍵賦值。

• RHEL5.3 裡 udev 規則的匹配鍵

  ACTION： 事件 (uevent) 的行為，例如：add( 添加裝置 )、remove( 刪除裝置 )。

  KERNEL： 核心裝置名稱，例如：sda, cdrom。

  DEVPATH：裝置的 devpath 路徑。

  SUBSYSTEM： 裝置的子系統名稱，例如：sda 的子系統為 block。

  BUS： 裝置在 devpath 裡的匯流排名稱，例如：usb。

  DRIVER： 裝置在 devpath 裡的裝置驅動名稱，例如：ide-cdrom。

  ID： 裝置在 devpath 裡的識別號。

  SYSFS{filename}： 裝置的 devpath 路徑下，裝置的屬性檔案“filename”裡的內容。

  例如：SYSFS{model}==“ST936701SS”表示：如果裝置的型號為 ST936701SS，則該裝置匹配該 匹配鍵。

  在一條規則中，可以設定最多五條 SYSFS 的 匹配鍵。

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

  PROGRAM：調用外部命令。

  RESULT： 外部命令 PROGRAM 的返回結果。例如：

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

  調用外部命令 /lib/udev/scsi_id查詢裝置的 SCSI ID，如果返回結果為 35000c50000a7ef67，則該裝置匹配該 匹配鍵。

• RHEL5.3 裡 udev 的重要賦值鍵

  NAME：在 /dev下產生的裝置檔案名稱。只有第一次對某個裝置的 NAME 的賦值行為生效，之後匹配的規則再對該裝置的 NAME 賦值行為將被忽略。如果沒有任何規則對裝置的 NAME 賦值，udev 將使用核心裝置名稱來產生裝置檔案。

  SYMLINK：為 /dev/下的裝置檔案產生符號連結。由於 udev 只能為某個裝置產生一個裝置檔案，所以為了不覆蓋系統預設的 udev 規則所產生的檔案，推薦使用符號連結。

  OWNER, GROUP, MODE：為裝置設定許可權。

  ENV{key}：匯入一個環境變數。

• RHEL5.3 裡 udev 的值和可調用的替換操作符

  在索引值對中的鍵和操作符都介紹完了，最後是值 (value)。Linux 使用者可以隨意地定製 udev 規則檔案的值。例如：my_root_disk, my_printer。同時也可以引用下面的替換操作符：

  $kernel, %k：裝置的核心裝置名稱，例如：sda、cdrom。

  $number, %n：裝置的核心號碼，例如：sda3 的核心號碼是 3。

  $devpath, %p：裝置的 devpath路徑。

  $id, %b：裝置在 devpath裡的 識別碼。

  $sysfs{file}, %s{file}：裝置的 sysfs裡 file 的內容。其實就是裝置的屬性值。
  例如：$sysfs{size} 表示該裝置 ( 磁碟 ) 的大小。

  $env{key}, %E{key}：一個環境變數的值。

  $major, %M：裝置的 major 號。

  $minor %m：裝置的 minor 號。

  $result, %c：PROGRAM 返回的結果。

  $parent, %P：父裝置的裝置檔案名稱。

  $root, %r：udev_root的值，預設是 /dev/。

  $tempnode, %N：臨時裝置名稱。

  %%：符號 % 本身。

  $$：符號 $ 本身。

  清單 7. 說明替換操作符的規則例子
  

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

  該規則的執行：如果有一個核心裝置名稱以 sd 開頭，且 SCSI ID 為 35000c50000a7ef67，則為裝置檔案產生一個符號連結“sda_35000c50000a7ef67”.

 

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制定 udev 規則和查詢裝置資訊的執行個體：

如何尋找裝置的資訊 ( 屬性 ) 來制定 udev 規則：

當我們為指定的裝置設定規則時，首先需要知道該裝置的屬性，比如裝置的序號、磁碟大小、廠商 ID、裝置路徑等等。通常我們可以通過以下的方法獲得：

• 查詢sysfs檔案系統：

  前面介紹過，sysfs 裡包含了很多裝置和驅動的資訊。

  例如：裝置 sda 的 SYSFS{size} 可以通過 cat /sys/block/sda/size得到；SYSFS{model} 資訊可以通過 cat /sys/block/sda/device/model得到。

• udevinfo命令：

  udevinfo 可以查詢 udev 資料庫裡的裝置資訊。例如：用 udevinfo 查詢裝置 sda 的 model 和 size 資訊：

  清單 8. 通過 udevinfo 查詢裝置屬性的例子
  

  [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： 

  清單 9. 通過 scsi_id 查詢磁碟的 SCSI_ID 的例子
  

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

udev 的簡單規則：

清單 10. 產生網卡裝置檔案的規則

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

 

該規則表示：如果存在裝置的子系統為 net，並且地址 (MAC address) 為“AA:BB:CC:DD:EE:FF”，為該裝置產生一個名為 public_NIC 的裝置檔案。

清單 11. 為指定大小的磁碟產生符號連結的規則

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

 

該規則表示：如果存在裝置的子系統為 block，並且大小為 71096640(block)，則為該裝置的裝置檔案名稱產生一個名為 my_disk 的符號連結。

清單 12. 通過外部命令為指定序號的磁碟產生裝置檔案的規則

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

 

該規則表示：如果存在裝置的核心裝置名稱是以 sd 開頭 ( 磁碟裝置 )，以數字結尾 ( 磁碟分割 )，並且通過外部命令查詢該裝置的 SCSI_識別碼為“35000c50000a7ef67”，則產生一個以 root_disk 開頭，核心號碼結尾的裝置檔案，並替換原來的裝置檔案（如果存在的話）。例如：產生裝置名稱 /dev/root_disk2，替換原來的裝置名稱 /dev/sda2。

運用這條規則，可以在 /etc/fstab裡保持系統磁碟分割名稱的一致性，而不會受驅動載入順序或者磁碟標籤被破壞的影響，導致作業系統啟動時找不到系統磁碟分割。

其他常用的 udev 命令：

• udevtest:

  udevtest會針對一個裝置，在不需要 uevent 觸發的情況下類比一次 udev的運行，並輸出查詢規則檔案的過程、所執行的行為、規則檔案的執行結果。通常使用 udevtest來調試規則檔案。以下是一個針對裝置 sda 的 udevtest例子。由於 udevtest是掃描所有的規則檔案 ( 包括系統內建的規則檔案 )，所以會產生冗長的輸出。為了讓讀者清楚地瞭解udevtest，本例只在規則目錄裡保留一條規則：

  清單 13. 為 udevtest 保留的規則
  

  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
  

  [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 和規則檔案裡的 RESULT 匹配，所以該規則匹配。然後 ( 類比 ) 產生裝置檔案 /dev/root_disk和符號連結 /dev/symlink_root_disk，並為其設定許可權。

• start_udev:

  start_dev命令重啟 udev守護進程，並對所有的裝置重新查詢規則目錄下所有的規則檔案，然後執行所匹配的規則裡的行為。通常使用該命令讓新的規則檔案立即生效：

  清單 15. start_udev 的執行過程
  

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

  start_udev一般沒有標準輸出，所有的 udev 相關資訊都按照設定檔 (udev.conf)的參數設定，由 syslog記錄。

 

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小結：

udev 是高效的裝置管理工具，其最大的優勢是動態管理裝置和自訂裝置的命名規則，因此替代 devfs 成為 Linux 預設的裝置管理工具。通過閱讀本文，Linux 使用者能夠瞭解到 udev 的工作原理和流程，靈活地運用 udev 規則檔案，從而方便地管理 Linux 裝置檔案。

 

參考資料

• 有關 Udev 更多資訊，請參考：http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/udev.html。

• 在 developerWorks Linux 專區 尋找為 Linux 開發人員（包括 Linux 新手入門）準備的更多參考資料，查閱我們 最受歡迎的文章和教程。 
• 在 developerWorks 上查閱所有 Linux 技巧 和 Linux 教程。 

關於作者

黃懋，IBM 中國系統和技術實驗室，Open Systems Interoperability Validation Lab 儲存測試團隊的成員。3-4 年 Linux/Unix 平台和 SAN/NAS 儲存產品的測試經驗。