Device Handling im Linux

Vorgeschichte

• Unix: Alles ist ein File
• Device-Files (/dev/tty0) ermöglichen Zugang zu Geräten (Major-/Minor-Number)
• Devices-Files entstehen durch mknod
• Devices-Files existieren unabhängig vom Gerät
• Ansatz ist unflexibel/fehleranfällig
• mehrere Ansätze zur dynamischen Erkennung von Geräten (Dev-FS, udev)
• Ziele:
  • Device-Files erzeugen/entfernen nach Bedarf
  • Regeln entscheiden über die Namen der Device-Files (nicht die Reihenfolge, in der die Geräte erkannt werden)
  • Geräte in grafische Desktops einbinden (z.B. Applikationen starten)
  • Zugriffsberechtigungen setzen
  • Filesysteme montieren/demontieren
• Stand
  • große Unterschiede zwischen
    • Kernel-Versionen
    • Distributionen
  • Schwerpunkt: aktuelle, moderne Verfahren
  • Erläuterungen am Beispiel von Scientific Linux 5.0 / Fedora Core 6

Controller / Kernel / Gerätetreiber

• Controller des jeweiligen Busses (ISA, USB, PCI)
• erzeugt Interrupt bei Anschluss oder Entfernen eines Gerätes
• Interrupt-Behandlung:
  • Informationen über das Gerät ermitteln
  • Controller "befragen"
  • Konfig-Bereich von PCI-Karten auslesen (Vendor/Product-ID)
  • Verwaltungsinformationen ablegen (Kobject)
  • sysfs-Eintrag erzeugen
  • Ereignis an Anwendungen weiterleiten (uevent)

Sysfs

• virtuelles Filesystem
• exportiert Informationen zu Geräten aus dem Kernel in Userspace
• beginnt in /sys
• für jedes Gerät und jeden Treiber existiert ein Verzeichnis in /sys
• Eltern-Kind-Beziehungen werden durch Unterzeichnisse reflektiert
  • ein Gerät an einem Bus
  • eine Partition auf einer Festplatte
• verschiedene Pfade ermöglichen den Zugang zu Informationen aus verschiedenen Perspektiven
• intensiver Gebrauch von symb. Links

  /sys/devices/	Device Tree, physische Sicht
  /sys/bus/	Zuordnung der Geräte zu den einzelnen Bussen
  /sys/class/	Zuordnung der Geräte zu Geräteklassen

• Beispiel: interne SATA-Festplatte sda

/sys/devices/pci0000:00/0000:00:0e.0/host0/target0:0:0/0:0:0:0/ /sys/bus/scsi/devices/0:0:0:0 /sys/class/scsi_disk/0:0:0:0 /sys/class/scsi_device/0:0:0:0 /sys/class/scsi_generic/sg0 /sys/block/sda

• /sys/block/sda ist sog. top-level device path
  • Verzeichnis, welches den Eintrag dev enthält (Major-/Minornumber)

$ find /sys -name dev |grep sda /sys/block/sda/sda2/dev /sys/block/sda/sda1/dev /sys/block/sda/dev $ cat /sys/block/sda/dev 8:0

udev

• Hotplug-Verfahren des Linux-Gerätemanagements
• Erzeugen der Einträge in /dev/ im Userspace
• Ziele/Möglichkeiten:
  • default names umbennen
  • alternative/persistene Namen für Geräte in Form eines symb. Links zum default name erzeugen
  • Name durch externes Programm ermitteln lassen
  • Eigentümer/Gruppe und Zugriffsberechtigungen setzen
  • Script beim Hinzufügen und/oder Entfernen eines Gerätes starten
• befolgt konfigurierbare Namenskonventionen
• bearbeitet uevents
  • Geräteklasse als Argument: z.B. usb, scsi, net, ieee1394, ...
  • weitere Informationen in Umgebungsvariablen
    • ACTION: add | remove [ | mount | umount ]
    • SEQNUM: Folgenummer, definiert Reihenfolge der uevents
    • DEVPATH: Pfad in /sys des Gerätes, beginnend mit "/devices/"
    • ggf. weitere, z.B. DEVICE bei USB-Geräten, enthält entsprechenden Eintrag im USB-FS (/proc/bus/usb/...)
• /sbin/udevd
  • serialisiert uevents anhand der SEQNUM
  • verzögert uevents für child devices (z.B. USB-Stick) bis handling des parent device (z.B. USB-Controller) beendet ist
  • behandelt uevents in Kind-Prozessen
  • konfiguriert über /etc/udev/udev.conf
    • definiert allgemeingültige Einstellungen
    • udev_root : device directory (/dev)
    • udev_rules : udev rules file or directory (/etc/udev/rules.d)
    • udev_log : logging priority (err)
  • führt Aktionen entsprechend zutreffender Regeln aus
  • führt Hilfsprogramme aus (/lib/udev/)

Persistente Namen

• "built-in"-Schema für Storage Devices in /dev/disk/

$ ls -lR /dev/disk /dev/disk: insgesamt 0 drwxr-xr-x 2 root root 160 16. Mär 13:33 by-id drwxr-xr-x 2 root root 180 16. Mär 13:33 by-path drwxr-xr-x 2 root root 100 16. Mär 13:33 by-uuid /dev/disk/by-id: insgesamt 0 lrwxrwxrwx 1 root root 9 16. Mär 13:33 scsi-SATA_WDC_WD2500YS-01_WD-WCANY1551209 -> ../../sda lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 scsi-SATA_WDC_WD2500YS-01_WD-WCANY1551209-part1 -> ../../sda1 lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 scsi-SATA_WDC_WD2500YS-01_WD-WCANY1551209-part2 -> ../../sda2 lrwxrwxrwx 1 root root 9 16. Mär 13:33 scsi-SATA_WDC_WD2500YS-01_WD-WCANY1570429 -> ../../sdb lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 scsi-SATA_WDC_WD2500YS-01_WD-WCANY1570429-part1 -> ../../sdb1 lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 scsi-SATA_WDC_WD2500YS-01_WD-WCANY1570429-part2 -> ../../sdb2 /dev/disk/by-path: insgesamt 0 lrwxrwxrwx 1 root root 9 16. Mär 13:33 pci-0000:00:0d.0-ide-0:0 -> ../../hda lrwxrwxrwx 1 root root 9 16. Mär 13:33 pci-0000:00:0e.0-scsi-0:0:0:0 -> ../../sda lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 pci-0000:00:0e.0-scsi-0:0:0:0-part1 -> ../../sda1 lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 pci-0000:00:0e.0-scsi-0:0:0:0-part2 -> ../../sda2 lrwxrwxrwx 1 root root 9 16. Mär 13:33 pci-0000:00:0e.0-scsi-1:0:0:0 -> ../../sdb lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 pci-0000:00:0e.0-scsi-1:0:0:0-part1 -> ../../sdb1 lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 pci-0000:00:0e.0-scsi-1:0:0:0-part2 -> ../../sdb2 /dev/disk/by-uuid: insgesamt 0 lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 23cb3db6-36c3-bcd6-3f69-3d1c8639bfb8 -> ../../sda2 lrwxrwxrwx 1 root root 9 16. Mär 13:33 27f0c8b9-a496-4234-8716-187918fd46be -> ../../md0 lrwxrwxrwx 1 root root 10 16. Mär 13:33 e5b48c8a-833a-40a5-65d0-716cf26601c0 -> ../../sda1

udev-Regeln

• /etc/udev/rules.d/*.rules
• Files mit Regeldefinitionen zur Namensbildung
• einzelne Files dienen der Gruppierung von Regeln
• Sortierreihenfolge der Filenamen!

$ ls /etc/udev/rules.d 05-udev-early.rules 55-usbdisk.rules 60-wacom.rules bluetooth.rules 20-scanner.rules 60-libsane.rules 90-alsa.rules xen-backend.rules 50-udev.rules 60-net.rules 90-hal.rules 51-hotplug.rules 60-pcmcia.rules 95-pam-console.rules

• Beachte: /etc/udev/rules.d/50-udev.rules enthält sog. default-Regeln, daran nichts ändern!
• eine Zeile definiert das Mapping von Geräteeigenschaften (device attributes) und Gerätename (device name)
• pro Zeile wenigstens ein key value pair, es können mehrere keys definiert werden (getrennt durch Komma)
• zwei Arten von keys
  • match keys
  • assignment keys
• entspricht das aktuelle Gerät allen match keys wird die Regel angewendet und der definierte Name wird verwendet
• es werden alle zutreffenden Regeln angewendet (aus allen Regel-Files)
  • mehrere (unabhängige) Namen für ein Gerät möglich
• kommt kein Treffer zustande wird der kernel device name (default name) vergeben

Beispiele

$ cat /etc/udev/rules.d/55-usbdisk.rules # usb disk KERNEL=="sd[a-z]*", BUS=="usb", SYMLINK="usbdisk%n"

• wenn der default Name auf das Muster sd[a-z]* passt und
• wenn das Gerät am Bus usb angeschlossen ist (genauer: im devpath zum Gerät muss das Subsystem usb liegen)
• dann wird der symbolische Link /dev/usbdisk%n eingerichtet
  • %n ist die kernel number des Geräts (die 3 aus /dev/sda3)
• Beachte: das ist fehleranfällig: Was passiert wenn mehrere USB-Disks, -Sticks angeschlossen werden?

$ cat !$ cat 90-hal.rules # pass all events to the HAL daemon RUN+="socket:/org/freedesktop/hal/udev_event"

• nur assignment key
• weiterleiten des uevents an HAL

$ cat 40-multipath.rules # multipath wants the devmaps presented as meaninglful device names # so name them after their devmap name SUBSYSTEM!="block", GOTO="end_mpath" KERNEL!="dm-[0-9]*", ACTION=="add", PROGRAM=="/bin/bash -c '/sbin/lsmod | /bin/grep ^dm_multipath'", RUN+="/sbin/multipath -v0 %M:%m" KERNEL!="dm-[0-9]*", GOTO="end_mpath" ACTION=="add", RUN+="/sbin/dmsetup ls --target multipath --exec '/sbin/kpartx -a' -j %M -m %m" PROGRAM=="/sbin/dmsetup ls --target multipath --exec /bin/basename -j %M -m %m", RESULT=="?*", NAME="%k", SYMLINK="mpath/%c" PROGRAM!="/bin/bash -c '/sbin/dmsetup info -c --noheadings -j %M -m %m | /bin/grep -q .*:.*:.*:.*:.*:.*:.*:part[0-9]*-mpath-'", GOTO="end_mpath" PROGRAM=="/sbin/dmsetup ls --target linear --exec /bin/basename -j %M -m %m", NAME="%k", RESULT=="?*", SYMLINK="mpath/%c" LABEL="end_mpath" $ grep "dm-" 50-udev.rules KERNEL=="dm-[0-9]*", OPTIONS+="ignore_device"

• Behandlung von multipath devices
• andere device mapper nodes sollen von udev ignoriert werden

Zusammenfassung

• zahlreiche Möglichkeiten
• oftmals mehrere match keys erforderlich, um ein Gerät genau zu identifizieren
• siehe Manual zu udev(7) und Writing udev rules
• udev erzeugt immer nur einen device node, weitere Namen als symb. Links
• als device node wird i.d.R. der default name benutzt
• Experimentieren mit:
  • udevmonitor
  • udevinfo
  • udevtest

HAL / D-BUS

• HAL: Hardware Abstraction Layer
• einheitliche Darstellung der vorhandenen Hardware
• Hardware-Komponenten werden als device object dargestellt
  • unique identifier
    • z.B.: /org/freedesktop/Hal/devices/storage_serial_SATA_WDC_WD2500YS_01_WD_WCANY1551209
  • device properties (key-value pairs)
    • abgeleitet aus der Komponente und ihrer Konfiguration selbst
    • aus sog. device information files (*.fdi)
    • z.B.: block.device = '/dev/sda'
• benutzt/unterstützt D-BUS
  • IPC-Framework
  • Protokoll zum
    • asynchronen Nachrichtenaustausch über einen daemon oder
    • direkten Nachrichtenaustausch zwischen peers
  • zwei daemon-Prozesse
    • dbus-daemon --system
      • /etc/rc.d/init.d/messagebus
      • systemweite Nachrichten (hinzukommen/entfernen von Geräten)
    • dbus-daemon --session
      • gestartet bei Login über grafischem Desktop
      • IPC-Mechanismus von Applikationen des Desktops (GNOME, KDE)
  • Anwendungen registrieren ihr Interesse an bestimmten Ereignissen
• plug-and-play-Mechanismus für Desktops

Architektur

Zusammenwirken von D-Bus, HAL, udev:

HAL-Architekturschema:

• HAL daemon
  • verwaltet Datenbasis aller HW-Komponenten (device object list)
  • stellt Informationen zusammen (*.fdi, ...)
  • erkennt und beobachtet Busse (PCI, USB) und Geräte (network, storage)
  • aktiviert externe Programme (callouts) um Änderungen an system _level components durchzuführen (z.B. Modifikation von /etc/fstab)
  • sendet Nachrichten über D-Bus an session level components
• Applikationen
  • benutzen HAL zur Informationsgewinnung über Geräte (z.B. Device Node)
  • Grafische Desktops (GNOME, KDE) benutzen einen session level daemon um policies umzusetzen
    • montieren des Filesystems auf einem USB-Stick, ...
    • Start einer Foto-Management-Anwendung bei Anschluss einer Kamera
    • ...

Komponenten

• vollständige Liste: rpm -ql hal

Applikationen

• die folgenden Anwendungen benutzen die HAL API, die Liste ist nicht vollständig ...

eggcups
evolution
gfloppy
gnome-cd
gnome-default-printer
gnome-eject
gnome-mount
gnome-power-manager
gnome-power-preferences
gnome-sound-properties
gnome-umount
gnome-volume-manager
gnome-volume-properties
gswitchit-plugins-capplet
hal-device
hal-find-by-capability
hal-find-by-property
hal-get-property
hal-set-property
lshal
nautilus-cd-burner
nm-applet
nm-tool
rhythmbox
sound-juicer
totem

Datenbasis

$ $ lshal -l -u storage_serial_SATA_WDC_WD2500YS_01_WD_WCANY1551209 udi = '/org/freedesktop/Hal/devices/storage_serial_SATA_WDC_WD2500YS_01_WD_WCANY1551209' volume.ignore = true (bool) block.storage_device = '/org/freedesktop/Hal/devices/storage_serial_SATA_WDC_WD2500YS_01_WD_WCANY1551209' (string) info.udi = '/org/freedesktop/Hal/devices/storage_serial_SATA_WDC_WD2500YS_01_WD_WCANY1551209' (string) storage.partitioning_scheme = 'mbr' (string) storage.removable.media_size = 250999111168 (0x3a70b67e00) (uint64) storage.requires_eject = false (bool) storage.hotpluggable = false (bool) info.capabilities = {'storage', 'block'} (string list) info.category = 'storage' (string) info.product = 'WDC WD2500YS-01S' (string) info.vendor = 'ATA' (string) storage.size = 250999111168 (0x3a70b67e00) (uint64) storage.removable = false (bool) storage.removable.media_available = true (bool) storage.physical_device = '/org/freedesktop/Hal/devices/pci_10de_266_scsi_host_0_scsi_device_lun0' (string) storage.lun = 0 (0x0) (int) storage.firmware_version = '20.0' (string) storage.serial = 'SATA_WDC_WD2500YS-01_WD-WCANY1551209' (string) storage.vendor = 'ATA' (string) storage.model = 'WDC WD2500YS-01S' (string) storage.drive_type = 'disk' (string) storage.automount_enabled_hint = true (bool) storage.media_check_enabled = false (bool) storage.no_partitions_hint = false (bool) storage.bus = 'scsi' (string) block.is_volume = false (bool) block.minor = 0 (0x0) (int) block.major = 8 (0x8) (int) block.device = '/dev/sda' (string) linux.hotplug_type = 3 (0x3) (int) info.parent = '/org/freedesktop/Hal/devices/pci_10de_266_scsi_host_0_scsi_device_lun0' (string) linux.sysfs_path_device = '/sys/block/sda' (string) linux.sysfs_path = '/sys/block/sda' (string) $ hal-get-property --udi /org/freedesktop/Hal/devices/storage_serial_SATA_WDC_WD2500YS_01_WD_WCANY1551209 --key block.device /dev/sda $ hal-device-manager

Verweise

• http://kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/udev.html
• http://www.freedesktop.org/wiki/Software/dbus
• http://www.freedesktop.org/Software/hal
• HAL 0.5.8 Specification
• KDE Wiki : DBUS
• Oliver Frommel:
  Flotte Verkehrsmittel - Interprozesskommunikation mit B-BUS und Hall
  Linux-Magazin 05/2006
• Raus. Rein. Passt!
  Titel-Thema in Linux-Magazin 09/2006
• http://wiki.rdiff-backup.org/wiki/index.php/USBBackupScript