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Linux内核通知链(notifier chain)

2022年07月19日29lidabo

1. notifier chain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,有时需要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(notification chain)。

  通知链只能用在各个子系统之间(当然一个子系统内部也可以使用),而不能在内核和用户空间进行事件的通知。

  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。


2. 实现代码位置

组成内核的核心系统代码均位于kernel目录下,通知链相关函数位于kernel/notifier.c中,对应的头文件为include/linux/notifier.h。


3. 通知链类型

(1) 原子通知链

通知链元素的回调函数必须能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:

struct atomic_notifier_head {   
    spinlock_t  lock;   
    struct  notifier_block *head;   
};

(2) 可阻塞通知链

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:

struct  blocking_notifier_head {   
    struct  rw_semaphore  rwsem;   
    struct  notifier_block  *head;   
};

(3) 原始通知链

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:

struct  raw_notifier_head {   
    struct  notifier_block  *head;   
};

(4) SRCU通知链

可阻塞通知链的一种变体。对应的链表头:

struct  srcu_notifier_head {   
    struct  mutex mutex;   
    struct  srcu_struct  srcu;   
    struct  notifier_block  *head;   
};

4. 相应接口

注册通知链,在通知链表注册时,需要有一个链表头,他指向这个通知链表的第一个元素,这样就可以根据这个链表头找到这个链表中的所有数据。

static int notifier_chain_register(struct notifier_block **nl, struct notifier_block *n); 
static int notifier_chain_unregister(struct notifier_block **nl, struct notifier_block *n);

通知链表,当有事件发生时,就使用notifier_call_chain向某个通知链表发送消息。这个函数会遍历通知链中所有的元素,然后依次调用每一个的回调函数。

static int __kprobes notifier_call_chain(struct notifier_block **nl, unsigned long val, void *v, int nr_to_call, int *nr_calls)

5. 一个简单的Demo

#include <linux/module.h> 
#include <linux/notifier.h> 
#include <linux/init.h> 
#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/fs.h> 
 
//static RAW_NOTIFIER_HEAD(test_chain_head); 
 
struct raw_notifier_head test_chain_head = { 
    .head = NULL 
}; 
 
#define EVENT_A 0x01 
#define EVENT_B 0x02 
 
int test_notifier_event1(struct notifier_block *nb, unsigned long event, void *v) 
{ 
    switch (event) { 
    case EVENT_A: 
        printk("%s: event=EVENT_A\n", __func__); 
        break; 
    case EVENT_B: 
        printk("%s: event=EVENT_B\n", __func__); 
        break; 
    default: 
        break; 
    } 
 
    return NOTIFY_DONE; 
} 
 
int test_notifier_event2(struct notifier_block *nb, unsigned long event, void *v) 
{ 
    switch (event) { 
    case EVENT_A: 
        printk("%s: event=EVENT_A\n", __func__); 
        break; 
    case EVENT_B: 
        printk("%s: event=EVENT_B\n", __func__); 
        break; 
    default: 
        break; 
    } 
 
    return NOTIFY_DONE; 
} 
 
 
static struct notifier_block test_notifier1 = { 
    .notifier_call = test_notifier_event1, 
    .priority = 1, 
}; 
 
static struct notifier_block test_notifier2 = { 
    .notifier_call = test_notifier_event2, 
    .priority = 2, 
}; 
 
 
static int __init mynotify_init(void) 
{ 
    printk("raw_notifier_chain_register\n"); 
    raw_notifier_chain_register(&test_chain_head, &test_notifier1); 
    raw_notifier_chain_register(&test_chain_head, &test_notifier2); 
 
    printk("raw_notifier_call_chain\n"); 
    raw_notifier_call_chain(&test_chain_head, EVENT_B, NULL); 
    raw_notifier_call_chain(&test_chain_head, EVENT_A, NULL); 
 
    return 0; 
} 
 
static void __exit mynotify_exit(void) 
{ 
    raw_notifier_chain_unregister(&test_chain_head, &test_notifier1); 
    raw_notifier_chain_unregister(&test_chain_head, &test_notifier2); 
} 
 
module_init(mynotify_init); 
module_exit(mynotify_exit); 
 
MODULE_LICENSE("GPL"); 
 
 
/* 
root@ubuntu:/home/ubuntu/mytest/notifer# dmesg 
[19507.972012] raw_notifier_chain_register 
[19507.972015] raw_notifier_call_chain 
[19507.972016] test_notifier_event2: event=EVENT_B 
[19507.972017] test_notifier_event1: event=EVENT_B 
[19507.972018] test_notifier_event2: event=EVENT_A 
[19507.972018] test_notifier_event1: event=EVENT_A 
*/

主机上测试的Makefile

obj-m += notifer_demo.o 
 
all: 
    make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$(PWD) 
 
clean: 
    make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$(PWD) modules clean

  首先要将notifier_block通过raw_notifier_chain_register注册到notifier_block_head链表上,notifier_block中必须要实现回调函数,然后在需要的时候通过raw_notifier_call_chain去调用notifier_block中的回调函数。

6.补充:
(1) 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_block.notifier_call),优先级的处理提现在注册时,在 notifier_chain_register() 中;回调函数的执行现场在 notifier_call_chain() 进程的地址空间;
其返回值是NOTIFY_XXX的形式,在include/linux/notifier.h中。

(2) priority的值越大,越先被通知。 

7. 内核中的使用实例

// net/bridge/br.c 
br_init(void) 
    register_netdevice_notifier(&br_device_notifier); 
    register_switchdev_notifier(&br_switchdev_notifier); 
 
static struct notifier_block br_device_notifier = { 
    .notifier_call = br_device_event 
}; 
static struct notifier_block br_switchdev_notifier = { 
    .notifier_call = br_switchdev_event, 
};

8. 相关资源

(1) 此博文完全参考:https://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/137886.htm

(2) 以网络设备为例来讲解notifier_call_chain, 更加详细: https://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/4075148.html


本文参考链接:https://www.cnblogs.com/hellokitty2/p/11073008.html