使用 udev 高效、动态地管理 Linux 设备文件

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-08-26 08:43 193阅读 0赞

本文以通俗的方法阐述 udev 及相关术语的概念、udev 的配置文件和规则文件，然后以 Red Hat Enterprise Server 为平台演示一些管理设备文件和查询设备信息的实例。本文会使那些需要高效地、方便地管理 Linux 设备的用户受益匪浅，这些用户包括 Linux 最终用户、设备驱动开发人员、设备测试人员和系统管理员等等。

概述：

Linux 用户常常会很难鉴别同一类型的设备名，比如 eth0, eth1, sda, sdb 等等。通过观察这些设备的内核设备名称，用户通常能知道这些是什么类型的设备，但是不知道哪一个设备是他们想要的。例如，在一个充斥着本地磁盘和光纤磁盘的设备名清单 (`/dev/sd*`) 中，用户无法找到一个序列号为“35000c50000a7ef67”的磁盘。在这种情况下，udev 就能动态地在 `/dev`目录里产生自己想要的、标识性强的设备文件或者设备链接，以此帮助用户方便快捷地找到所需的设备文件。

## udev 简介 ##

### 什么是 udev? ###

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。

### 使用 udev 的好处： ###

我们都知道，所有的设备在 Linux 里都是以设备文件的形式存在。在早期的 Linux 版本中，`/dev`目录包含了所有可能出现的设备的设备文件。很难想象 Linux 用户如何在这些大量的设备文件中找到匹配条件的设备文件。现在 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`下产生大量虚无的设备文件。
 *  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。在不同的 udev 版本中，实现的方法不同，在“如何配置和使用 udev”中会详解。

下面的流程图显示 udev 添加 / 删除设备文件的过程。

##### 图 1. udev 工作流程图： #####

![图 1. udev 工作流程图：][1. udev]

### 相关术语： ###

*  *设备文件*：由于本文以较通俗的方式讲解 udev，所以设备文件是泛指在 `/dev/`下，可被应用程序用来和设备驱动交互的文件。而不会特别地区分设备文件、设备节点或者设备特殊文件。
 *  *devfs*：*devfs*是 Linux 早期的设备管理工具，已经被 udev 取代。
 *  *sysfs*：*sysfs*是 Linux 2.6 内核里的一个虚拟文件系统 `(/sys)`。它把设备和驱动的信息从内核的设备模块导出到用户空间 (userspace)。从该文件系统中，Linux 用户可以获取很多设备的属性。
 *  *devpath*：本文的 *devpath*是指一个设备在 *sysfs*文件系统 `(/sys)`下的相对路径，该路径包含了该设备的属性文件。udev 里的多数命令都是针对 *devpath*操作的。例如：*sda*的 *devpath*是 `/block/sda`，sda2 的 *devpath*是 `/block/sda/sda2`。
 *  *内核设备名称*：设备在 *sysfs*里的名称，是 udev 默认使用的设备文件名。

## 如何配置和使用 udev ##

下面会以 RHEL4.8 和 RHEL5.3 为平台，分别描述 udev 的配置和使用：

### 下载和安装 udev ###

从 Fedora3 和 Red Hat Enterprise4 开始，udev 就是默认的设备管理工具，无需另外下载安装。

##### 清单 1. 检查 udev 在 RHEL4.8 里的版本和运行情况 #####

[root@HOST_RHEL4 dev]# rpm -qa |grep -i udev 
     udev-039-10.29.el4 
     [root@HOST_RHEL4 ~]# uname -r 
     2.6.9-89.ELsmp 
     [root@HOST_RHEL4 ~]# ps -ef |grep udev 
     root     21826     1  0 Dec09 ?        00:00:00 udevd

##### 清单 2. 检查 udev 在 RHEL5.3 里的版本和运行情况 #####

[root@HOST_RHEL5 ~]# rpm -qa |grep -i udev 
     udev-095-14.19.el5 
     [root@HOST_RHEL5 sysconfig]# uname -r 
     2.6.18-128.el5 
     [root@HOST_RHEL5 sysconfig]# ps -ef|grep udev 
     root      5466     1  0 18:32 ?      00:00:00 /sbin/udevd -d

如果 Linux 用户想更新 udev 包，可以从 [ http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/][http_www.kernel.org_pub_linux_utils_kernel_hotplug]下载并安装。

### udev 的配置文件 (/etc/udev/udev.conf) ###

##### 清单 3. RHEL ４ . ８下 udev 的配置文件 #####

[root@HOST_RHEL4 dev]# cat /etc/udev/udev.conf 
     # udev.conf 
     # The main config file for udev 
     # 
     # This file can be used to override some of udev's default values 
     # for where it looks for files, and where it places device nodes. 
     # 
     # WARNING: changing any value, can cause serious system breakage! 
     # 
    
     # udev_root - where in the filesystem to place the device nodes 
     udev_root="/dev/"
    
     # udev_db - The name and location of the udev database. 
     udev_db="/dev/.udev.tdb"
    
     # udev_rules - The name and location of the udev rules file 
     udev_rules="/etc/udev/rules.d/"
    
     # udev_permissions - The name and location of the udev permission file 
     udev_permissions="/etc/udev/permissions.d/"
    
     # default_mode - set the default mode for all nodes that have no 
     #                explicit match in the permissions file 
     default_mode="0600"
    
     # default_owner - set the default owner for all nodes that have no 
     #                 explicit match in the permissions file 
     default_owner="root"
    
     # default_group - set the default group for all nodes that have no 
     #                 explicit match in the permissions file 
     default_group="root"
    
     # udev_log - set to "yes" if you want logging, else "no"
     udev_log="no"

Linux 用户可以通过该文件设置以下参数：

*  *udev\_root*：udev 产生的设备所存放的目录，默认值是 `/dev/`。建议不要修改该参数，因为很多应用程序默认会从该目录调用设备文件。
 *  *udev\_db*：udev 信息存放的数据库或者所在目录，默认值是 `/dev/.udev.tdb`。
 *  *udev\_rules*：udev 规则文件的名字或者所在目录，默认值是 `/etc/udev/rules.d/`。
 *  *udev\_permissions*：udev 权限文件的名字或者所在目录，默认值是 `/etc/udev/permissions.d/`。
 *  *default\_mode/ default\_owner/ default\_group*：如果设备文件的权限没有在权限文件里指定，就使用该参数作为默认权限，默认值分别是：`0600/root/root`。
 *  *udev\_log*：是否需要 *syslog*记录 udev 日志的开关，默认值是 no。

##### 清单 4. RHEL5.3 下 udev 的配置文件 #####

[root@HOST_RHEL5 ~]# cat /etc/udev/udev.conf 
     # udev.conf 
    
     # The initial syslog(3) priority: "err", "info", "debug" or its 
     # numerical equivalent. For runtime debugging, the daemons internal 
     # state can be changed with: "udevcontrol log_priority=<value>". 
     udev_log="err"

*udev\_log*：*syslog*记录日志的级别，默认值是 err。如果改为 info 或者 debug 的话，会有冗长的 udev 日志被记录下来。

实际上在 RHEL5.3 里，除了配置文件里列出的参数 *udev\_log*外，Linux 用户还可以修改参数 *udev\_root*和 *udev\_rules*( 请参考上面的“RHEL4.8 的 udev 配置文件”)，只不过这 2 个参数是不建议修改的，所以没显示在 udev.conf 里。

可见该版本的 udev.conf 改动不小：*syslog*默认会记录 udev 的日志，Linux 用户只能修改日志的级别 (err、info、degub 等 )；设备的权限不能在 udev.conf 里设定，而是要在规则文件 (\*.rules) 里设定。

### 通过 udev 设定设备文件的权限 ###

在 RHEL4.8 的 udev，设备的权限是通过权限文件来设置。

##### 清单 5. RHEL4.8 下 udev 的权限文件 #####

[root@HOST_RHEL4 ~]# cat /etc/udev/permissions.d/50-udev.permissions 
    ……
     # disk devices 
     hd*:root:disk:0660 
     sd*:root:disk:0660 
     dasd*:root:disk:0660 
     ataraid*:root:disk:0660 
     loop*:root:disk:0660 
     md*:root:disk:0660 
     ide/*/*/*/*/*:root:disk:0660 
     discs/*/*:root:disk:0660 
     loop/*:root:disk:0660 
     md/*:root:disk:0660 
    
     # tape devices 
     ht*:root:disk:0660 
     nht*:root:disk:0660 
     pt[0-9]*:root:disk:0660 
     npt*:root:disk:0660 
     st*:root:disk:0660 
     nst*:root:disk:0660 
    ……

RHEL4.8 里 udev 的权限文件会为所有常用的设备设定权限和 ownership，如果有设备没有被权限文件设置权限，udev 就按照 udev.conf 里的默认权限值为这些设备设置权限。由于篇幅的限制，上图只显示了 udev 权限文件的一部分，该部分设 `置了`所有可能连接上的磁盘设备和磁带设备的权限和 ownership。

而在 RHEL5.3 的 udev，已经没有权限文件，所有的权限都是通过规则文件 `(*.rules)`来设置，在下面的规则文件配置过程会介绍到。

### udev 的规则和规则文件 ###

规则文件是 udev 里最重要的部分，默认是存放在 `/etc/udev/rules.d/`下。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。

此外，一些应用程序也会在 `/dev/`下产生一些方便调用的符号链接。例如规则 40-multipath.rules 为磁盘产生下面的符号链接：

[root@ HOST_RHEL5 ~]# ls /dev/mpath/* 
     /dev/mpath/mpath0  /dev/mpath/mpath0p1  /dev/mpath/mpath0p2

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。

RHEL5.3 的 udev 规则文件比 RHEL4.8 里的更完善。受篇幅的限制，同时也为了不让大家混淆，本文将不对 RHEL4.8 里的规则文件进行详解，下面关于规则文件的配置和实例都是在 RHEL5.3 上进行的。如果大家需要配置 RHEL4 的 udev 规则文件，可以先参照下面 RHEL5.3 的配置过程，然后查询 RHEL4 里的用户手册 (man udev) 后进行配置。

在规则文件里，除了以“\#”开头的行（注释），所有的非空行都被视为一条规则，但是一条规则不能扩展到多行。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。下面是一个简单的规则：

##### 清单 6. 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。

通过这条简单的规则，大家应该对 udev 规则有直观的了解。但可能会产生疑惑，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。

*  RHEL5.3 里 udev 规则的所有操作符：
    
    “**==**”：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。
 *  RHEL5.3 里 udev 规则的匹配键
    
    *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*。
 *  RHEL5.3 里 udev 的重要赋值键
    
    *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。
 *  RHEL5.3 里 udev 的值和可调用的替换操作符
    
    在键值对中的键和操作符都介绍完了，最后是值 (value)。Linux 用户可以随意地定制 udev 规则文件的值。例如：`my_root_disk, my_printer`。同时也可以引用下面的替换操作符：
    
    *$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。
    
    ##### 清单 7. 说明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”.

## 制定 udev 规则和查询设备信息的实例： ##

**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：**
    
    前面介绍过，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：
    
    ##### 清单 8. 通过 udevinfo 查询设备属性的例子 #####
    
        [root@HOST_RHEL5 rules.d]# udevinfo -a -p /block/sda | egrep "model|size"
            SYSFS{size}=="71096640"
            SYSFS{model}=="ST936701SS      "
 *  **其他外部命令**：
    
    ##### 清单 9. 通过 scsi\_id 查询磁盘的 SCSI\_ID 的例子 #####
    
        [root@HOST_RHEL5 ~]# scsi_id -g -s /block/sda 
         35000c50000a7ef67

**udev 的简单规则：**

##### 清单 10. 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。

##### 清单 11. 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。

##### 清单 12. 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。为了让读者清楚地了解 `udevtest`，本例只在规则目录里保留一条规则：
    
    ##### 清单 13. 为 udevtest 保留的规则 #####
    
        KERNEL=="sd*", PROGRAM="/lib/udev/scsi_id -g -s %p", RESULT=="35000c50000a7ef67", \
         NAME="root_disk%n", SYMLINK="symlink_root_disk%n"
    
    ##### 清单 14. udevtest 的执行过程 #####
    
        [root@HOST_RHEL5 rules.d]# udevtest /block/sda 
         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：
    
    ##### 清单 15. start\_udev 的执行过程 #####
    
        [root@HOST_RHEL5 rules.d]# start_udev 
         Starting udev:                                             [  OK  ]
    
    `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。

## 小结： ##

udev 是高效的设备管理工具，其最大的优势是动态管理设备和自定义设备的命名规则，因此替代 devfs 成为 Linux 默认的设备管理工具。通过阅读本文，Linux 用户能够了解到 udev 的工作原理和流程，灵活地运用 udev 规则文件，从而方便地管理 Linux 设备文件。

[1. udev]: /images/20220824/b1b1696449fb40aca1d5806117ddf37b.png
[http_www.kernel.org_pub_linux_utils_kernel_hotplug]: http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/