linux 环境：debian10 系统
systemd 版本：systemd 241
运行环境：VMware 虚机环境
systemd-udevd 命令 help 信息longyu@debian:~$ /lib/systemd/systemd-udevd --help
systemd-udevd [OPTIONS...]
Manages devices.
-h --help Print this message
-V --version Print version of the program
-d --daemon Detach and run in the background
-D --debug Enable debug output
-c --children-max=INT Set maximum number of workers
-e --exec-delay=SECONDS Seconds to wait before executing RUN=
-t --event-timeout=SECONDS Seconds to wait before terminating an event
-N --resolve-names=early|late|never
When to resolve users and groups
See the systemd-udevd.service(8) man page for details.
-D 参数可以使能 debug 信息，首先开启这个参数来观察 systemd-udevd 的输出信息。
systemd-udevd -D 参数前台运行- 执行 sudo systemctl stop systemd-udevd 停止正在运行的进程
- 手动执行 sudo /lib/systemd/systemd-udevd -D
手动运行时终端的部分输出信息如下：
......... Load module index timestamp of '/etc/systemd/network' changed timestamp of '/usr/lib/systemd/network' changed Parsed configuration file /usr/lib/systemd/network/99-default.link Created link configuration context. timestamp of '/etc/udev/rules.d' changed timestamp of '/lib/udev/rules.d' changed Reading rules file: /usr/lib/udev/rules.d/50-firmware.rules Reading rules file: /usr/lib/udev/rules.d/50-udev-default.rules Reading rules file: /usr/lib/udev/rules.d/55-dm.rules Reading rules file: /usr/lib/udev/rules.d/60-block.rules Reading rules file: /usr/lib/udev/rules.d/60-cdrom_id.rules Reading rules file: /usr/lib/udev/rules.d/60-drm.rules ......... Rules contain 24576 bytes tokens (2048 * 12 bytes), 12517 bytes strings 1770 strings (22169 bytes), 1165 de-duplicated (10258 bytes), 606 trie nodes used
上面输出的大部分在读取并解析 udev 的规则，这些规则描述了 systemd-udevd 接收到一个事件时的处理过程。
虚拟机动态添加新的网络设备模拟热插拔添加一个新的网络设备操作图示如下：
添加后终端输出信息中与加载模块相关的信息如下：
Successfully forked off 'n/a' as PID 2557.
0000:02:08.0: Worker [2557] is forked for processing SEQNUM=4168.
0000:02:08.0: Processing device (SEQNUM=4168, ACTION=add)
0000:02:08.0: import builtin 'hwdb' /usr/lib/udev/rules.d/50-udev-default.rules:14
0000:02:08.0: RUN 'kmod load $env{MODALIAS}' /usr/lib/udev/rules.d/80-drivers.rules:5
0000:02:08.0: sd-device: Created db file '/run/udev/data/+pci:0000:02:08.0' for '/devices/pci0000:00/0000:00:11.0/0000:02:08.0'
Loading module: pci:v00008086d0000100Fsv000015ADsd00000750bc02sc00i00
Module 'e1000' is already loaded
0000:02:08.0: Device (SEQNUM=4168, ACTION=add) processed
0000:02:08.0: sd-device-monitor: Passed 547 byte to netlink monitor
从上面的输出看 systemd-udevd 自动加载内核模块的过程可能有如下流程：
- 内部创建一个子进程处理从内核收到的 uevent 消息
- 根据消息的内容匹配 udev 规则，依次执行匹配到的规则对应的内部命令，这里 pci 设备会创建 MODALIAS 属性，udevd 匹配到 /usr/lib/udev/rules.d/80-drivers.rules 规则，进而执行 kmod load 命令，此命令的参数为 MODALIAS 属性的值
- 创建内部的数据库文件
- 使用 MODALIAS 匹配关联的内核驱动并判断是否加载，未加载就加载，已经加载则继续向下执行
- 事件处理完成后正常返回
在上述假想流程中，对于 udevd 规则与 udevd 从内核收到的 uevent netlink 消息的内容存在盲区，在进一步的分析前先查看下这些信息。
与加载内核模块相关的 udev 规则50-udev-default.rules 规则信息：
longyu@debian:~$ sed -n '14p' /usr/lib/udev/rules.d/50-udev-default.rules
ENV{MODALIAS}!="", import{builtin}="hwdb --subsystem=$env{SUBSYSTEM}"
80-drivers.rules 规则信息：
longyu@debian:~$ sed -n '5p' /usr/lib/udev/rules.d/80-drivers.rules
ENV{MODALIAS}=="?*", RUN{builtin}+="kmod load $env{MODALIAS}"
关键的规则为 80-drivers.rules 规则，加载模块实际是通过 kmod load 命令完成的。
2. 模拟 udevd 从内核收到的 uevent netlink 消息的内容使用如下程序（部分代码摘自 udevd 源码并进行了一些修改）：
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #ifndef newline #define newline "rn" #endif #define UEVENT_BUFFER_SIZE 2048 static int init_hotplug_sock() { const int buffersize = 1024; int ret; struct sockaddr_nl snl; bzero(&snl, sizeof(struct sockaddr_nl)); snl.nl_family = AF_NETlink; snl.nl_pid = getpid(); snl.nl_groups = 1; int s = socket(PF_NETlink, SOCK_DGRAM, NETlink_KOBJECT_UEVENT); if (s == -1) { perror("socket"); return -1; } setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &buffersize, sizeof(buffersize)); ret = bind(s, (struct sockaddr *)&snl, sizeof(struct sockaddr_nl)); if (ret < 0) { perror("bind"); close(s); return -1; } return s; } char *truncate_nl(char *s) { s[strcspn(s, newline)] = 0; return s; } int device_new_from_nulstr(uint8_t *nulstr, size_t len) { int i = 0; int r; while (i < len) { char *key; const char *end; key = (char*)&nulstr[i]; end = memchr(key, ' ', len - i); if (!end) return 0; i += end - key + 1; truncate_nl(key); printf("%sn", key); } } int main(int argc, char* argv[]) { int hotplug_sock = init_hotplug_sock(); int bufpos; while(1) { int len; char buf[UEVENT_BUFFER_SIZE * 2]; memset(&buf, 0x00, sizeof(buf)); len = recv(hotplug_sock, &buf, sizeof(buf), 0); if (len <= 0) continue; printf("nnew message:n"); bufpos = strlen(buf) + 1; printf("%sn", buf); device_new_from_nulstr((uint8_t*)&buf[bufpos], len - bufpos); } return 0; }
编译并运行此程序，重新添加一个网络设备后，终端输出信息如下：
new message: add@/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0 ACTION=add DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0 SUBSYSTEM=pci PCI_CLASS=20000 PCI_ID=8086:10D3 PCI_SUBSYS_ID=8086:0000 PCI_SLOT_NAME=0000:0a:00.0 MODALIAS=pci:v00008086d000010D3sv00008086sd00000000bc02sc00i00 SEQNUM=2068 new message: add@/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0/ptp/ptp4 ACTION=add DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0/ptp/ptp4 SUBSYSTEM=ptp MAJOR=249 MINOR=4 DEVNAME=ptp4 SEQNUM=2069 new message: add@/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0/net/eth0 ACTION=add DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0/net/eth0 SUBSYSTEM=net INTERFACE=eth0 IFINDEX=7 SEQNUM=2070 new message: add@/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0/net/eth0/queues/rx-0 ACTION=add DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0/net/eth0/queues/rx-0 SUBSYSTEM=queues SEQNUM=2071 new message: add@/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0/net/eth0/queues/tx-0 ACTION=add DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0/net/eth0/queues/tx-0 SUBSYSTEM=queues SEQNUM=2072 new message: bind@/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0 ACTION=bind DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0 SUBSYSTEM=pci DRIVER=e1000e PCI_CLASS=20000 PCI_ID=8086:10D3 PCI_SUBSYS_ID=8086:0000 PCI_SLOT_NAME=0000:0a:00.0 MODALIAS=pci:v00008086d000010D3sv00008086sd00000000bc02sc00i00 SEQNUM=2073
可以看到内核触发了多个不同设备的 uevent 消息，每一个 uevent 消息都有自己的键值对，ACTION 表示 uevent 的动作，add 表示设备添加，DEVPATH 的值添加 /sys 前缀指向设备在 /sys 目录中的具体位置，SEQNUM 表示消息号，依次递增，SUBSYSTEM 表示设备所属的子系统。
当 systemd-udevd 收到一个上述类型的 uevent 消息时就会按照键值对的形式进行解析并设置内部的数据结构。
3. ２ 中与 udevd 自动加载驱动相关的 netlink 消息add@/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0 ACTION=add DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0 SUBSYSTEM=pci PCI_CLASS=20000 PCI_ID=8086:10D3 PCI_SUBSYS_ID=8086:0000 PCI_SLOT_NAME=0000:0a:00.0 MODALIAS=pci:v00008086d000010D3sv00008086sd00000000bc02sc00i00 SEQNUM=2068
上述消息在被 udevd 解析后，pci 设备 0000:0a:00.0 的 MODALIAS 属性被设置，最终匹配到上文提到的 80-drivers.rules 规则完成模块加载过程。
当设备成功 probe 驱动后，设备在 sys 目录中对应的 uevent 文件内容如下：
longyu@virt-debian10:~$ cat /sys/devices/pci0000:00/0000:00:03.1/0000:0a:00.0/uevent DRIVER=e1000e PCI_CLASS=20000 PCI_ID=8086:10D3 PCI_SUBSYS_ID=8086:0000 PCI_SLOT_NAME=0000:0a:00.0 MODALIAS=pci:v00008086d000010D3sv00008086sd00000000bc02sc00i00udevd 如何通过 MODALIAS 获取到需要加载的驱动?
udevd 通过 libkmod 模块来完成内核模块的查找、加载工作。libkmod 实际是通过解析 /lib/modules/$(uname -r)/modules.alias.bin 来获取不同设备使用的模块信息。
在我的虚拟机中使用 pci:v00008086d000010D3sv00008086sd00000000bc02sc00i00 中的前几个字段（表示 vendor id 与 device id 的字段）检索 /lib/modules/$(uname -r)/modules.alias 获取到如下信息：
longyu@virt-debian10:/lib/modules/4.19.0-8-amd64$ grep 'v00008086d000010D3' ./modules.alias alias pci:v00008086d000010D3sv*sd*bc*sc*i* e1000e
最后一列 e1000e 表示此设备使用的驱动，获取到这个驱动后就可以调用 libkmod 提供的接口加载 e1000e 模块。
总结本文从 systemd-udevd 的 manual 入手，通过 debug 选项获取 udevd 执行的 log 信息，通过扩大信息来为进一步研究 udevd 的代码做了铺垫。
这些信息定义了 udevd 的关键流程，有了这些信息再来理解它的实现就不那么困难了。
