事件通知链(notifier chain)

内核通知链

1.1. 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(notificationchain)。

通知链只能用在各个子系统之间,而不能在内核和用户空间进行事件的通知。组成内核的核心系统代码均位于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。通知链表机制并不复杂,实现它的代码只有区区几百行。

事件通知链表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。

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事件通知链(notifier chain)

图 1 内核通知链

1.2.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:

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:

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:

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:

网络子系统就是该类型,通过以下宏实现head的初始化

static RAW_NOTIFIER_HEAD(netdev_chain);
#define RAW_NOTIFIER_INIT(name)    {      \
              .head= NULL }
#define RAW_NOTIFIER_HEAD(name)        \      //调用他就好了
struct raw_notifier_head name =        \
                    RAW_NOTIFIER_INIT(name) 
即:
struct raw_notifier_head netdev_chain = {
          .head = NULL;
}

而其回调函数的注册,比如向netdev_chain的注册函数:register_netdevice_notifier。

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:

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

1.3. 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,比如路由子系统使用的是网络子系统的:register_netdevice_notifier来注册他的notifier_block。

1.3.1. 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

如果内核组件需要处理够某个事件通知链上发出的事件通知,其就该在初始化时在该通知链上注册回调函数。

1.3.2. 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。

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