udev设备管理架构

概述

当服务器启动时，各种磁盘设备、网络设备的初始化顺序是随机的，每次识别出的sdX和ethX设备可能并不完全相同。例如，如果服务器上插了U盘，再次启动，可能U盘被识别成sda设备，而原先服务器中安装的命名为sdaSAS磁盘可能被识别成sdb设备。

udev 是 Linux2.6 内核里的一个功能，它替代了原来的 devfs，成为当前 Linux 默认的设备管理工具。udev 以守护进程的形式运行，通过侦听内核发出来的 uevent 来管理 /dev 目录下的设备文件。不像之前的设备管理工具，udev 在用户空间 (user space) 运行，而不在内核空间 (kernel space) 运行。

udev 只为那些连接到 Linux 操作系统的设备产生设备文件。并且 udev 能通过定义一个 udev 规则 (rule) 来产生匹配设备属性的设备文件，这些设备属性可以是内核设备名称、总线路径、厂商名称、型号、序列号或者磁盘大小等等。

• 动态管理：当设备添加 / 删除时，udev 的守护进程侦听来自内核的 uevent，以此添加或者删除 /dev 下的设备文件，所以 udev 只为已经连接的设备产生设备文件，而不会在 /dev 下产生大量无用的设备文件。

• 自定义命名规则：通过 Linux 默认的规则文件，udev 在 /dev/ 里为所有的设备定义了内核设备名称，比如 /dev/sda、/dev/hda、/dev/fd等等。由于 udev 是在用户空间 (user space) 运行，Linux 用户可以通过自定义的规则文件，灵活地产生标识性强的设备文件名，比如 /dev/boot_disk、/dev/root_disk、/dev/color_printer等等。

• 设定设备的权限和所有者 / 组：udev 可以按一定的条件来设置设备文件的权限和设备文件所有者 / 组。

udev 配置文件

/etc/udev/udev.conf配置有关udev服务的基本设置，例如udev_root表示设备目录是/dev/，这个文件一般不需要修改，保持默认配置就可以。

udev_log="err"

默认的日志记录级别是err，如果改为 info 或者 debug 的话，会有冗长的 udev 日志被记录下来。

主要的规则配置是位于目录/etc/udev/rules.d

udev的规则和规则文件

所有的规则文件必须以.rules为后缀名。RHEL 有默认的规则文件，这些默认规则文件不仅为设备产生内核设备名称，还会产生标识性强的符号链接。例如：

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

但这些链接名较长，不易调用，所以通常需要自定义规则文件，以此产生易用且标识性强的设备文件或符号链接。

udev 按照规则文件名的字母顺序来查询全部规则文件，然后为匹配规则的设备管理其设备文件或文件链接。虽然 udev 不会因为一个设备匹配了一条规则而停止解析后面的规则文件，但是解析的顺序仍然很重要。通常情况下，建议让自己想要的规则文件最先被解析。比如，创建一个名为 /etc/udev/rules.d/10-myrule.rules的文件，并把你的规则写入该文件，这样 udev 就会在解析系统默认的规则文件之前解析到你的文件。

规则都是由多个 键值对（key-value pairs）组成，并由逗号隔开，键值对可以分为 条件匹配键值对( 以下简称“匹配键”) 和 赋值键值对( 以下简称“赋值键”)，一条规则可以有多条匹配键和多条赋值键。匹配键是匹配一个设备属性的所有条件，当一个设备的属性匹配了该规则里所有的匹配键，就认为这条规则生效，然后按照赋值键的内容，执行该规则的赋值。

• 简单说明键值对的例子

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

KERNEL 是匹配键，NAME 和 MODE 是赋值键。这条规则的意思是：如果有一个设备的内核设备名称为 sda，则该条件生效，执行后面的赋值：在 /dev下产生一个名为 my_root_disk的设备文件，并把设备文件的权限设为 0660。

为什么 KERNEL 是匹配键，而 NAME 和 MODE 是赋值键呢？这由中间的操作符 (operator) 决定。

仅当操作符是“==”或者“!=”时，其为匹配键；若为其他操作符时，都是赋值键。

• udev 规则的所有操作符：

符号	说明
==	比较键、值，若等于，则该条件满足
!=	比较键、值，若不等于，则该条件满足
=	对一个键赋值
+=	为一个表示多个条目的键赋值
:=	对一个键赋值，并拒绝之后所有对该键的改动。目的是防止后面的规则文件对该键赋值。

• udev 规则的匹配键

匹配键	说明
ACTION	事件 (uevent) 的行为，例如：add( 添加设备 )、remove( 删除设备 )。
KERNEL	内核设备名称，例如：sda, cdrom。
DEVPATH	设备的 devpath 路径。
SUBSYSTEM	设备的子系统名称，例如：sda 的子系统为 block。
BUS	设备在 devpath 里的总线名称，例如：usb。
DRIVER	设备在 devpath 里的设备驱动名称，例如：ide-cdrom。
ID	设备在 devpath 里的识别号。
SYSFS{filename}	设备的 devpath 路径下，设备的属性文件“filename”里的内容。例如：SYSFS{model}==“ST936701SS”表示：如果设备的型号为 ST936701SS，则该设备匹配该 匹配键。在一条规则中，可以设定最多五条 SYSFS 的 匹配键。
ENV{key}	环境变量。在一条规则中，可以设定最多五条环境变量的 匹配键。
PROGRAM	调用外部命令。
RESULT	外部命令 PROGRAM 的返回结果。例如：PROGRAM=="/lib/udev/scsi_id -g -s $devpath", RESULT=="35000c50000a7ef67" 调用外部命令 /lib/udev/scsi_id查询设备的 SCSI ID，如果返回结果为 35000c50000a7ef67，则该设备匹配该 匹配键。

• udev 的重要赋值键

赋值键	说明
NAME	在 /dev下产生的设备文件名。只有第一次对某个设备的 NAME 的赋值行为生效，之后匹配的规则再对该设备的 NAME 赋值行为将被忽略。如果没有任何规则对设备的 NAME 赋值，udev 将使用内核设备名称来产生设备文件。
SYMLINK	为 /dev/下的设备文件产生符号链接。由于 udev 只能为某个设备产生一个设备文件，所以为了不覆盖系统默认的 udev 规则所产生的文件，推荐使用符号链接。
OWNER, GROUP, MODE	为设备设定权限。
ENV{key}	导入一个环境变量。

• udev 的值和可调用的替换操作符

值	说明
$kernel, %k	设备的内核设备名称，例如：sda、cdrom。
$number, %n	设备的内核号码，例如：sda3 的内核号码是 3。
$devpath, %p	设备的 devpath路径。
$id, %b	设备在 devpath里的 ID 号。
$sysfs{file}, %s{file}	设备的 sysfs里 file 的内容。其实就是设备的属性值。 例如：$sysfs{size} 表示该设备 ( 磁盘 ) 的大小。
$env{key}, %E{key}	一个环境变量的值。
$major, %M	设备的 major 号。
$minor,%m	设备的 minor 号。
$result, %c	PROGRAM 返回的结果。
$parent, %P	父设备的设备文件名。
$root, %r	udev_root的值，默认是 /dev/。
$tempnode, %N	临时设备名。
%%	符号 % 本身。
$$	符号 $ 本身。

替换操作符的规则例子

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

该规则的执行：如果有一个内核设备名称以 sd 开头，且 SCSI ID 为 35000c50000a7ef67，则为设备文件产生一个符号链接“sda_35000c50000a7ef67”

如何查找设备的信息 ( 属性 ) 来制定 udev 规则

当我们为指定的设备设定规则时，首先需要知道该设备的属性，比如设备的序列号、磁盘大小、厂商 ID、设备路径等等。通常我们可以通过以下的方法获得：

• 查询sysfs文件系统

sysfs 里包含了很多设备和驱动的信息。例如：设备 sda 的 SYSFS{size} 可以通过 cat /sys/block/sda/size 得到；SYSFS{model} 信息可以通过 cat /sys/block/sda/device/model 得到。

• udevinfo命令

udevinfo 可以查询 udev 数据库里的设备信息。例如：用 udevinfo 查询设备 sda 的 model 和 size 信息

 [root@HOST_RHEL5 rules.d]# udevinfo -a -p /block/sda | egrep "model|size"
    SYSFS{size}=="71096640"
    SYSFS{model}=="ST936701SS      "

udev 的简单规则

• 产生网卡设备文件的规则

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

该规则表示：如果存在设备的子系统为 net，并且地址 (MAC address) 为“AA:BB:CC:DD:EE:FF”，为该设备产生一个名为 public_NIC 的设备文件。

• 为指定大小的磁盘产生符号链接的规则

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

该规则表示：如果存在设备的子系统为 block，并且大小为 71096640(block)，则为该设备的设备文件名产生一个名为 my_disk 的符号链接。

• 通过外部命令为指定序列号的磁盘产生设备文件的规则

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

该规则表示：如果存在设备的内核设备名称是以 sd 开头 ( 磁盘设备 )，以数字结尾 ( 磁盘分区 )，并且通过外部命令查询该设备的 SCSI_ID 号为“35000c50000a7ef67”，则产生一个以 root_disk 开头，内核号码结尾的设备文件，并替换原来的设备文件（如果存在的话）。例如：产生设备名 /dev/root_disk2，替换原来的设备名 /dev/sda2。运用这条规则，可以在 /etc/fstab里保持系统分区名称的一致性，而不会受驱动加载顺序或者磁盘标签被破坏的影响，导致操作系统启动时找不到系统分区。

其他常用的 udev 命令

• udevtest

udevtest会针对一个设备，在不需要 uevent 触发的情况下模拟一次 udev 的运行，并输出查询规则文件的过程、所执行的行为、规则文件的执行结果。通常使用 udevtest来调试规则文件。以下是一个针对设备 sda 的 udevtest 例子。由于 udevtest 是扫描所有的规则文件 ( 包括系统自带的规则文件 )，所以会产生冗长的输出。

KERNEL=="sd*", PROGRAM="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", RESULT=="35000c50000a7ef67", \
NAME="root_disk%n", SYMLINK="symlink_root_disk%n"

udevtest执行过程输出

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对 sda 执行了外部命令 scsi_id, 得到的 stdout 和规则文件里的 RESULT 匹配，所以该规则匹配。然后 ( 模拟 ) 产生设备文件 /dev/root_disk和符号链接 /dev/symlink_root_disk，并为其设定权限。

• start_udev

start_dev命令重启 udev 守护进程，并对所有的设备重新查询规则目录下所有的规则文件，然后执行所匹配的规则里的行为。通常使用该命令让新的规则文件立即生效。start_udev一般没有标准输出，所有的 udev 相关信息都按照配置文件 (udev.conf)的参数设置，由 syslog记录。

重新加载udev规则

udevadm control --reload-rules

也可能发行版使用的命令是udevcontrol --reload-rules

参考

• 使用 udev 高效、动态地管理 Linux 设备文件 - 非常完善的文档，本文即转载此文档

• 详解udev

• WikiPedia - udev

• ArchLinux - udev