本文将介绍Linux内核基础–事件通知链。

内容主要转载自：Linux内核基础–事件通知链。

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（notification chain）。

通知链只能用在各个子系统之间，而不能在内核态和用户态之间进行事件通知。内核的核心代码均位于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。

事件通知链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。

图 1 内核通知链

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：

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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：

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    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：

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    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：

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    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：

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

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。

3.1 子系统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

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）。

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）。

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/* 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      /*    */

4. demo

notifier_chain机制只能在内核个子系统间使用，因此，这里使用3个模块：test_notifier_chain_0、test_notifier_chain_1、test_notifier_chain_2。
test_notifier_chain_2通过module_init初始化时会发出事件TESTCHAIN_INIT；然后 test_notifier_chain_1作出相应的处理(打印 test_notifier_chain_2正在初始化)。

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/* test_chain_0.c ：0. 申明一个通知链；1. 向内核注册通知链；2. 定义事件； 3. 导出符号*/
 
#include <linux/notifier.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>   
#include <linux/fs.h>   
 
#define TESTCHAIN_INIT 0x52U
static RAW_NOTIFIER_HEAD(test_chain);
 
/* define our own notifier_call_chain */
static int call_test_notifiers(unsigned long val, void *v)
{
    return raw_notifier_call_chain(&test_chain, val, v);
}
EXPORT_SYMBOL(call_test_notifiers);
 
/* define our own notifier_chain_register func */
static int register_test_notifier(struct notifier_block *nb)
{
    int err;
    err = raw_notifier_chain_register(&test_chain, nb);
 
    if(err)
        goto out;
 
out:
    return err;
}
 
EXPORT_SYMBOL(register_test_notifier);
 
static int __init test_chain_0_init(void)
{
    printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_0\n");
 
    return 0;
}
 
static void __exit test_chain_0_exit(void)
{
    printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_0\n");
}
 
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
 
module_init(test_chain_0_init);
module_exit(test_chain_0_exit);
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/* test_chain_1.c ：1. 定义回调函数；2. 定义notifier_block；3. 向chain_0注册notifier_block；*/
#include <linux/notifier.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>   
#include <linux/fs.h>   
 
extern int register_test_notifier(struct notifier_block *nb);
#define TESTCHAIN_INIT 0x52U
 
/* realize the notifier_call func */
int test_init_event(struct notifier_block *nb, unsigned long event,
    void *v)
{
    switch(event){
    case TESTCHAIN_INIT:
        printk(KERN_DEBUG "I got the chain event: test_chain_2 is on the way of init\n");
        break;
 
    default:
        break;
    }
 
    return NOTIFY_DONE;
}
/* define a notifier_block */
static struct notifier_block test_init_notifier = {
    .notifier_call = test_init_event,
};
static int __init test_chain_1_init(void)
{
    printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_1\n");
    register_test_notifier(&test_init_notifier);    // 由chain_0提供的函数
    return 0;
}
 
static void __exit test_chain_1_exit(void)
{
    printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_clain_l\n");
}
 
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
 
module_init(test_chain_1_init);
module_exit(test_chain_1_exit);
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/* test_chain_2.c：发出通知链事件*/
 
#include <linux/notifier.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>  
#include <linux/fs.h>   
 
extern int call_test_notifiers(unsigned long val, void *v);
#define TESTCHAIN_INIT 0x52U
 
static int __init test_chain_2_init(void)
{
    printk(KERN_DEBUG "I'm in test_chain_2\n");
    call_test_notifiers(TESTCHAIN_INIT, "no_use");
    
    return 0;
}
 
static void __exit test_chain_2_exit(void)
{
    printk(KERN_DEBUG "Goodbye to test_chain_2\n");
}
 
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("fishOnFly");
 
module_init(test_chain_2_init);
module_exit(test_chain_2_exit);
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# Makefile
 
# Comment/uncomment the following line to disable/enable debugging
# DEBUG = y
 
 
# Add your debugging flag (or not) to CFLAGS
ifeq ($(DEBUG),y)
  DEBFLAGS = -O -g -DSCULL_DEBUG # "-O" is needed to expand inlines
else
  DEBFLAGS = -O2
endif
 
 
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
# call from kernel build system
 
obj-m   := test_chain_0.o test_chain_1.o test_chain_2.o
 
else
 
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD       := $(shell pwd)
 
modules:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
 
endif
 
 
 
clean:
    rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
 
depend .depend dep:
    $(CC) $(CFLAGS) -M *.c > .depend
 
 
ifeq (.depend,$(wildcard .depend))
include .depend
endif
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insmod test_chain_0.ko
insmod test_chain_1.ko
insmod test_chain_2.ko
rmmod test_chain_2.ko
rmmod test_chain_1.ko
rmmod test_chain_0.ko

参考资料：

  1. Linux内核基础–事件通知链
  2. Notification Chains in Linux Kernel