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2019-11-07 23:55:29
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内核通知链

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。

推荐阅读:

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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:

struct notifier_block {      int (*notifier_call)(struct notifier_block *, unsigned long, void *);      struct notifier_block *next;      int PRiority;};

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:

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

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:

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

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

static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain);#define RAW_NOTIFIER_INIT(name)    {      /              .head= NULL }#define RAW_NOTIFIER_HEAD(name)        /      //调用他就好了struct raw_notifier_head name =        /                    RAW_NOTIFIER_INIT(name)  即:struct raw_notifier_head netdev_chain = {          .head = NULL;}

而其回调函数的注册,比如向netdev_chain的注册函数:register_netdevice_notifier。

struct  raw_notifier_head {        struct  notifier_block  *head;};

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:

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

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:

#define NOTIFY_DONE            0x0000        /* 对事件视而不见 */#define NOTIFY_OK          0x0001        /* 事件正确处理 */#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 */#define NOTIFY_BAD        (NOTIFY_STOP_MASK|0x0002)      /*事件处理出错,不再继续调用回调函数 *//* *Clean way to return from the notifier and stop further calls. */#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

/* netdevice notifier chain */#define NETDEV_UP  0x0001  /* 激活一个网络设备 */#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 */#define NETDEV_REBOOT      0x0003      /* 检查到网络设备接口硬件崩溃,硬件重启 */#define NETDEV_CHANGE      0x0004  /* 网络设备的数据包队列状态发生改变 */#define NETDEV_REGISTER  0x0005  /*一个网络设备事例注册到系统中,但尚未激活 */#define NETDEV_UNREGISTER      0x0006      /*网络设备驱动已卸载 */#define NETDEV_CHANGEMTU      0x0007  /*MTU发生了改变 */#define NETDEV_CHANGEADDR    0x0008  /*硬件地址发生了改变 */#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 */#define NETDEV_CHANGENAME  0x000A  /*网络设备名改变 */#define NETDEV_FEAT_CHANGE    0x000B  /*feature网络硬件功能改变 */#define NETDEV_BONDING_FAILOVER 0x000C  /*    */#define NETDEV_PRE_UP        0x000D  /*    */#define NETDEV_BONDING_OLDTYPE  0x000E              /*    */#define NETDEV_BONDING_NEWTYPE  0x000F      /*    */


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