內核通知鏈

1.1. 概述

linux內核中各個子系統相互依賴，當其中某個子系統狀態發生改變時，就必須使用一定的機制告知使用其服務的其他子系統，以便其他子系統采取相應的措施。為滿足這樣的需求，內核實現了事件通知鏈機制（notificationchain）。

通知鏈只能用在各個子系統之間，而不能在內核和用戶空間進行事件的通知。組成內核的核心系統代碼均位于kernel目錄下，通知鏈表位于kernel/notifier.c中，對應的頭文件為include/linux/notifier.h。通知鏈表機制并不復雜，實現它的代碼只有區區幾百行。

事件通知鏈表是一個事件處理函數的列表，每個通知鏈都與某個或某些事件有關，當特定的事件發生時，就調用相應的事件通知鏈中的回調函數，進行相應的處理。

推薦閱讀：

Linux內核驅動開發之KGDB原理介紹及kgdboe方式配置 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-06/86406.htm

Linux內核中memcpy和memmove函數的區別和實現 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-06/85344.htm

圖 1 內核通知鏈

1.2．數據結構

如圖 1中所示，Linux的網絡子系統一共有3個通知鏈：表示ipv4地址發生變化時的inetaddr_chain；表示ipv6地址發生變化的inet6addr_chain；還有表示設備注冊、狀態變化的netdev_chain。

在這些鏈中都是一個個notifier_block結構：

struct notifier_block {      int (*notifier_call)(struct notifier_block *, unsigned long, void *);      struct notifier_block *next;      int PRiority;};

其中，

1. notifier_call：當相應事件發生時應該調用的函數，由被通知方提供，如other_subsys_1；

2. notifier_block *next：用于鏈接成鏈表的指針；

3. priority：回調函數的優先級，一般默認為0。

內核代碼中一般把通知鏈命名為xxx_chain, xxx_nofitier_chain這種形式的變量名。圍繞核心數據結構notifier_block，內核定義了四種通知鏈類型：

1. 原子通知鏈（ Atomic notifier chains ）：通知鏈元素的回調函數（當事件發生時要執行的函數）在中斷或原子操作上下文中運行，不允許阻塞。對應的鏈表頭結構：

struct atomic_notifier_head {        spinlock_t  lock;        struct  notifier_block *head;};

2. 可阻塞通知鏈（ Blocking notifier chains ）：通知鏈元素的回調函數在進程上下文中運行，允許阻塞。對應的鏈表頭：

struct  blocking_notifier_head {        struct  rw_semaphore  rwsem;        struct  notifier_block  *head;};

3. 原始通知鏈（ Raw notifierchains ）：對通知鏈元素的回調函數沒有任何限制，所有鎖和保護機制都由調用者維護。對應的鏈表頭：

網絡子系統就是該類型，通過以下宏實現head的初始化

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

而其回調函數的注冊，比如向netdev_chain的注冊函數：register_netdevice_notifier。

struct  raw_notifier_head {        struct  notifier_block  *head;};

4. SRCU 通知鏈（ SRCU notifier chains ）：可阻塞通知鏈的一種變體。對應的鏈表頭：

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

1.3. 運行機理

被通知一方（other_subsys_x）通過notifier_chain_register向特定的chain注冊回調函數，并且一般而言特定的子系統會用特定的notifier_chain_register包裝函數來注冊，比如路由子系統使用的是網絡子系統的：register_netdevice_notifier來注冊他的notifier_block。

1.3.1. 向事件通知鏈注冊的步驟

1. 申明struct notifier_block結構

2. 編寫notifier_call函數

3. 調用特定的事件通知鏈的注冊函數，將notifier_block注冊到通知鏈中

如果內核組件需要處理夠某個事件通知鏈上發出的事件通知，其就該在初始化時在該通知鏈上注冊回調函數。

1.3.2. 通知子系統有事件發生

inet_subsys是通過notifier_call_chain來通知其他的子系統（other_subsys_x）的。

notifier_call_chain會按照通知鏈上各成員的優先級順序執行回調函數（notifier_call_x）；回調函數的執行現場在notifier_call_chain進程地址空間；其返回值是NOTIFY_XXX的形式，在include/linux/notifier.h中：

#define NOTIFY_DONE            0x0000        /* 對事件視而不見 */#define NOTIFY_OK          0x0001        /* 事件正確處理 */#define NOTIFY_STOP_MASK  0x8000        /*由notifier_call_chain檢查，看繼續調用回調函數，還是停止，_BAD和_STOP中包含該標志 */#define NOTIFY_BAD        (NOTIFY_STOP_MASK|0x0002)      /*事件處理出錯，不再繼續調用回調函數 *//* *Clean way to return from the notifier and stop further calls. */#define NOTIFY_STOP            (NOTIFY_OK|NOTIFY_STOP_MASK)    /*  回調出錯，不再繼續調用該事件回調函數 */

notifier_call_chain捕獲并返回最后一個事件處理函數的返回值；注意：notifier_call_chain可能同時被不同的cpu調用，故而調用者必須保證互斥。

1.3.3. 事件列表

對于網絡子系統而言，其事件常以NETDEV_XXX命名；描述了網絡設備狀態（dev->flags）、傳送隊列狀態（dev->state）、設備注冊狀態（dev->reg_state），以及設備的硬件功能特性（dev->features）：

include/linux/notifier.h中

/* netdevice notifier chain */#define NETDEV_UP  0x0001  /* 激活一個網絡設備 */#define NETDEV_DOWN  0x0002f /* 停止一個網絡設備，所有對該設備的引用都應釋放 */#define NETDEV_REBOOT      0x0003      /* 檢查到網絡設備接口硬件崩潰，硬件重啟 */#define NETDEV_CHANGE      0x0004  /* 網絡設備的數據包隊列狀態發生改變 */#define NETDEV_REGISTER  0x0005  /*一個網絡設備事例注冊到系統中，但尚未激活 */#define NETDEV_UNREGISTER      0x0006      /*網絡設備驅動已卸載 */#define NETDEV_CHANGEMTU      0x0007  /*MTU發生了改變 */#define NETDEV_CHANGEADDR    0x0008  /*硬件地址發生了改變 */#define NETDEV_GOING_DOWN  0x0009  /*網絡設備即將注銷，有dev->close報告，通知相關子系統處理 */#define NETDEV_CHANGENAME  0x000A  /*網絡設備名改變 */#define NETDEV_FEAT_CHANGE    0x000B  /*feature網絡硬件功能改變 */#define NETDEV_BONDING_FAILOVER 0x000C  /*    */#define NETDEV_PRE_UP        0x000D  /*    */#define NETDEV_BONDING_OLDTYPE  0x000E              /*    */#define NETDEV_BONDING_NEWTYPE  0x000F      /*    */