mdev詳解(對 rcS里 mdev -s的解釋 )

一、概述

mdev是busybox提供的一個工具，用在嵌入式系統中，相當於簡化版的udev，作用是在系統啟動和熱插拔或動態加載驅動程序時，
自動創建設備節點。文件系統中的/dev目錄下的設備節點都是由mdev創建的。

在加載驅動過程中，根據驅動程序，在/dev下自動創建設備節點。


以下內容摘自busybox-1.23.1的mdev.txt文件：
Mdev has two primary uses: initial population and dynamic updates.  Both 
require sysfs support in the kernel and have it mounted at /sys.  For dynamic 
updates, you also need to have hotplugging enabled in your kernel.

Here's a typical code snippet from the init script: 
[0] mount -t proc proc /proc 
[1] mount -t sysfs sysfs /sys 
[2] echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug 
[3] mdev -s

Alternatively, without procfs the above becomes: 
[1] mount -t sysfs sysfs /sys 
[2] sysctl -w kernel.hotplug=/sbin/mdev 
[3] mdev -s

Of course, a more "full" setup would entail executing this before the previous 
code snippet: 
[4] mount -t tmpfs -o size=64k,mode=0755 tmpfs /dev 
[5] mkdir /dev/pts 
[6] mount -t devpts devpts /dev/pts
The simple explanation here is that [1] you need to have /sys mounted before 
executing mdev.  Then you [2] instruct the kernel to execute /sbin/mdev whenever 
a device is added or removed so that the device node can be created or destroyed.  
Then you [3] seed /dev with all the device nodes that were created while the system 
was booting.

For the "full" setup, you want to [4] make sure /dev is a tmpfs filesystem 
(assuming you're running out of flash).  Then you want to [5] create the 
/dev/pts mount point and finally [6] mount the devpts filesystem on it.


二、用法

這篇博文所涉及到的用法很簡單：

1、在/etc/init.d/rcS腳本里有“mdev -s”
解釋：在系統啟動時，通過執行“mdev -s”掃描/sys/class和/sys/block，在目錄中查找dev文件。例如：/sys/class/tty/tty0/dev，
它的內容為"4:0"，即主設備號是4，次設備號是0，dev的上一級目錄為設備名，這里是tty0。/sys/class/下的每個文件夾都代表
着一個子系統。

2、在/etc/init.d/rcS腳本里有“echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug”，即是把/sbin/mdev寫到/proc/sys/kernel/hotplug文件里
解釋：當有熱插拔事件產生時，內核會調用/proc/sys/kernel/hotplug文件里指定的應用程序來處理熱插拔事件

根據mdev.txt的說明可知在使用mdev之前要滿足下面的條件：
mount -t proc proc /proc 
mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t tmpfs -o size=64k,mode=0755 tmpfs /dev 
mkdir /dev/pts 
mount -t devpts devpts /dev/pts

說明：所有的設備都可以在/sys/class下找到，這個文件夾下的每一個文件夾下代表了一類設備，表示類設備的文件夾下也有
文件夾，這些文件夾代表設備。如：/sys/class/test/test_dev/ ，test代表類，如net、tty、sound；test_dev代表某個
設備，它的名字和/dev下的設備節點名字是一樣的


三、內核源碼分析

分析一下相關內核源碼，看上面提到的功能是如何實現的。
平時我們添加驅動時，如果想自動創建設備節點調用的函數是class_create和device_create。class_create是創建類設備，
就是在/sys/class/創建一個文件夾，這個文件夾代表一類設備，這個文件夾里會包含device_create創建的設備，也是一個
文件夾。
下面就從device_create入手，看是怎么實現自動創建設備節點的。源碼基於linux-2.6.30.4內核

struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent,
    dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)
    dev = device_create_vargs(class, parent, devt, drvdata, fmt, vargs);
        retval = device_register(dev);
            return device_add(dev);
                kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);
                    return kobject_uevent_env(kobj, action, NULL);   // action = KOBJ_ADD
                        const char *action_string = kobject_actions[action];    // action_string = "add"
                        ……
                        //把相關信息存到環境變量里，ACTION代表操作類型，DEVPATH為設備在class下存在的路徑，SUBSYSTEM為class_create創建的設備類
                        //ACTION=add ， DEVPATH=/class/test/test_dev , SUBSYSTEM=test
                        retval = add_uevent_var(env, "ACTION=%s", action_string);
                        if (retval)
                            goto exit;
                        retval = add_uevent_var(env, "DEVPATH=%s", devpath);
                        if (retval)
                            goto exit;
                        retval = add_uevent_var(env, "SUBSYSTEM=%s", subsystem);
                        if (retval)
                            goto exit;
                        ……
                        if (uevent_helper[0]){
                            argv [0] = uevent_helper;
                            argv [1] = (char *)subsystem;
                            argv [2] = NULL;
                        
                            //內核空間調用用戶空間程序，調用的程序由argv [0] = uevent_helper指定
                            retval = call_usermodehelper(argv[0], argv,
                                  env->envp, UMH_WAIT_EXEC);
              

下面看看uevent_helper是誰
定義如下：
char uevent_helper[UEVENT_HELPER_PATH_LEN] = CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH;


去.config中查看：
CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH="/sbin/hotplug"
但是去/sbin目錄下查看，並沒有hotplug這個文件，所以肯定不是這個文件起作用，於是在上面的if (uevent_helper[0])
里加了一句調試信息，打印uevent_helper，內核啟動相關打印信息如下：
uevent_helper is /sbin/hotplug 
uevent_helper is /sbin/hotplug 
s3c2410-rtc s3c2410-rtc: setting system clock to 2015-04-30 08:12:15 UTC (1430381535)
yaffs: dev is 32505858 name is "mtdblock2"
yaffs: passed flags ""
yaffs: Attempting MTD mount on 31.2, "mtdblock2"
yaffs: auto selecting yaffs2
block 646 is bad
yaffs_read_super: isCheckpointed 0
VFS: Mounted root (yaffs filesystem) on device 31:2.
Freeing init memory: 240K
Start Qtopia-2.2.0
uevent_helper is /sbin/mdev 
uevent_helper is /sbin/mdev 


看到沒，剛開始確實是/sbin/hotplug，但后來就變成了/sbin/mdev。很據上面信息，我們知道是在文件系統啟動的過程中
發生改變的。文件系統啟動過程中，改變mdev的只有“echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug”，也確實是這個
導致了uevent_helper的改變。


涉及到的數據在/kernel/sysctl.c下
#if defined(CONFIG_HOTPLUG) && defined(CONFIG_NET)
{
.ctl_name = KERN_HOTPLUG,
.procname = "hotplug",
.data = &uevent_helper,
.maxlen = UEVENT_HELPER_PATH_LEN,
.mode = 0644,
.proc_handler = &proc_dostring,
.strategy = &sysctl_string,
},
#endif
至於為什么“echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug”能改變uevent_helper就是proc虛擬文件系統的內容了，
這里不討論。


其實設置mdev有三種方法，總結如下：
1、編譯內核的時候直接配置CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH，並且在之后的啟動中不去修改uevent_helper，那么
uevent_helper代表的程序就是CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH指定的程序


2、不管CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH配置與否或如何設置，通過echo /sbin/mdev > /sys/kernel/uevent_helper
修改uevent_helper的內容，這個指令將會調用內核函數uevent_helper_store。過程涉及sysfs虛擬文件系統的
內容，這里不討論。改變之后，/proc/sys/kernel/hotplug里的內容也會立即發生改變


3、不管CONFIG_UEVENT_HELPER_PATH配置與否或如何設置，通過echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
修改uevent_helper的內容.它的修改也會導致/sys/kernel/uevent_helper里的內容立即改變


對於上述的2、3兩種方法，都是通過用戶層的接口直接uevent_helper，所以誰在后面誰起作用


三、busybox源碼分析

內核源碼的最后是調用uevent_helper指定的用戶程序，這個用戶程序通常是mdev，那么mdev如何做的呢，來看一下
busybox的源碼。源碼基於busybox-1.23.1

int mdev_main(int argc UNUSED_PARAM, char **argv)
    xchdir("/dev");  // 先把目錄改變到/dev下
    
    if (argv[1] && strcmp(argv[1], "-s") == 0) {  // 在文件系統啟動的時候會調用 mdev -s，創建所有驅動設備節點
        putenv((char*)"ACTION=add"); // mdev -s 的動作是創建設備節點，所以為add
    
        if (access("/sys/class/block", F_OK) != 0) { // 當/sys/class/block目錄不存在時，才掃描/sys/block
     /* Scan obsolete /sys/block only if /sys/class/block
      * doesn't exist. Otherwise we'll have dupes.
      * Also, do not complain if it doesn't exist.
      * Some people configure kernel to have no blockdevs.
      */
     recursive_action("/sys/block",
     ACTION_RECURSE | ACTION_FOLLOWLINKS | ACTION_QUIET,
     fileAction, dirAction, temp, 0);
   }
   
   /* 
    * 這個函數是遞歸函數，它會掃描/sys/class目錄下的所有文件，如果發現dev文件，將按照
    * /etc/mdev.conf文件進行相應的配置。如果沒有配置文件，那么直接創建設備節點 
    * 最終調用的創建函數是 make_device
    */
   recursive_action("/sys/class",    
   ACTION_RECURSE | ACTION_FOLLOWLINKS,
   fileAction, dirAction, temp, 0);
    
    }
    
    else{
        // 獲得環境變量，環境變量是內核在調用mdev之前設置的
        env_devname = getenv("DEVNAME"); /* can be NULL */
   G.subsystem = getenv("SUBSYSTEM");
   action = getenv("ACTION");
   env_devpath = getenv("DEVPATH");
    
        snprintf(temp, PATH_MAX, "/sys%s", env_devpath);
    
        make_device(env_devname, temp, op);
    }
    
由以上代碼分析可知，無論對於何種操作，最后都是調用make_device來創建節點，看一下這個函數

static void make_device(char *device_name, char *path, int operation)
    int major, minor, type, len;
    char *path_end = path + strlen(path);  //path_end指定path結尾處


    major = -1;
    if (operation == OP_add) {
        strcpy(path_end, "/dev");  // 往path結尾處拷貝“/dev”，這時path=/sys/class/test/test_dev/dev
        len = open_read_close(path, path_end + 1, SCRATCH_SIZE - 1); // 打開並讀取/sys/class/test/test_dev/dev
        *path_end = '\0';
        if (len < 1) {
            if (!ENABLE_FEATURE_MDEV_EXEC)
                return;
        } else if (sscanf(path_end + 1, "%u:%u", &major, &minor) == 2) { //從/sys/class/test/test_dev/dev獲得主次設備號
            dbg1("dev %u,%u", major, minor);
        } else {
            major = -1;
        }
    }
    
    if (operation == OP_add && major >= 0) // 如果是add，即創建節點
        mknod(node_name, rule->mode | type, makedev(major, minor)) // 最終用mknod函數在/dev下創建設備節點
        
    if (operation == OP_remove && major >= -1)  // 如果是remove，即刪除節點
        unlink(node_name); 


創建節點最后無非還是調用mknod，當然在class_create和device_create自動創建設備節點時，也會在/sys/class下自動創建
和刪除相關設備類和設備，這是sysfs的驅動內容，這里不講