【udev】关于/dev 设备节点的生成 &udev

1. 设备节点的生成机制

Linux 中的设备节点（例如 /dev/ttyS0、/dev/sda 等）本质上是特殊的文件，它们代表内核中的设备，用户态程序通过这些节点与设备通信。

1.1 内核初始化：使用 devtmpfs 创建节点

内核加载某个驱动后，调用 device_register() 等函数注册设备。
同时通过 devtmpfs 文件系统自动创建 /dev/ 下的设备节点。
devtmpfs 是内核在启动 early stage 时就挂载的临时内存文件系统。

关于devtmpfs
现代主流 Linux 操作系统中 ，/dev 下的设备节点大都是kernel基于 devtmpfs 创建的。devtmpfs 是在内核启动的中早期阶段初始化的，通常在多数驱动加载前完成挂载 ，并在驱动加载过程中动态创建设备节点。在内核早期初始化阶段，调用 devtmpfs_init()创建一个内存中的虚拟文件系统（tmpfs 类型）。

可以通过以下命令查看操作系统是否支持devtmpfs：

bash 复制代码

grep DEVTMPFS /boot/config-$(uname -r)
CONFIG_DEVTMPFS=y
CONFIG_DEVTMPFS_MOUNT=y # 如果 CONFIG_DEVTMPFS_MOUNT=y，内核会自动挂载 /dev

我们以串口举例，/dev/ttyS0 事实上是由linux 内核在调用device_register() 时生成的，和udev 是没有关系的。通常，此时udev这种用户级进程还没有启动起来。

使用mount 命令查看

bash 复制代码

mount | grep devtmpfs
udev on /dev type devtmpfs (rw,nosuid,relatime,size=7916552k,nr_inodes=1979138,mode=755)

这说明当前系统的 /dev 是挂载在 devtmpfs 上的。systemd-udevd 用户空间服务"管理 "这个挂载点，但挂载本身由内核完成。

2. 关于udev

既然devtmpfs 已经创建了设备节点，为什么还需要udev 呢？我们给出以张表

功能	是否由 devtmpfs 实现	是否由 udev 实现
创建基础设备文件（如 /dev/ttyS0）	是	有时也创建（如特殊权限/别名）
设置权限、属主、属组（如 dialout）	不行	可以
创建符号链接（如 /dev/serial/by-id/））	不行	负责
重命名设备或动态处理热插拔	不行	负责

由此可见，udev 必不可少， 虽然devtmpfs 已经创建了设备节点，但udev 负责管理这些设备节点。

udev 通过监听内核通知用户空间"设备事件"uevent（基于netlink）来实现对设备的节点的管理。

当设备**注册（register）或注销（unregister）**时，内核通过调用：

c 复制代码

kobject_uevent(&kobj, KOBJ_ADD);
kobject_uevent(&kobj, KOBJ_REMOVE);

来产生用户空间可见的事件。

2.1 uevent 的事件类型（常见）

内核宏	`udev` 中看到的 ACTION	说明
`KOBJ_ADD`	`add`	设备添加（如插入 USB）
`KOBJ_REMOVE`	`remove`	设备移除（如拔掉 USB）
`KOBJ_CHANGE`	`change`	设备属性变更（如状态/权限变化）
`KOBJ_MOVE`	`move`	更换路径（罕见）
`KOBJ_ONLINE`	`online`	设备上线（用于网络等）
`KOBJ_OFFLINE`	`offline`	设备离线（同上）

举个例子，插入 /dev/ttyUSB0

设备驱动调用 device_register() 或 register_chrdev_region()
内核通过 kobject_uevent(KOBJ_ADD) 生成事件
内核借助 netlink 的 NETLINK_KOBJECT_UEVENT 协议将事件广播到用户空间
udevd（systemd-udevd）通过 netlink socket 监听事件
收到后，udevd 读取环境变量并根据 /etc/udev/rules.d/ 匹配规则
如果有匹配项：
- 执行 RUN+="脚本"，或者
- 设置权限、改名、建立软链等

2.2 udev 工具使用

2.2.1 查看设备信息

bash 复制代码

# 显示与设备 /dev/ttyUSB0 直接对应的 udev 属性信息，只看"当前设备"这一层。
udevadm info /dev/ttyUSB0  
# udevadm info -a -n /dev/ttyUSB0  会 递归显示设备及其所有父设备的属性
#（udev 规则可以使用父设备的属性！） 它列出了所有可能用于写 udev 规则的字段，
# 包括父设备的 ATTRS{}、KERNELS、SUBSYSTEMS 等
udevadm info -a -n /dev/ttyUSB0

编写复杂 udev 规则：你可以通过 ATTRS{serial}、SUBSYSTEMS 等对父设备做更细粒度的过滤。

2.2.2 实时监控内核与 udev 事件

只监控内核事件

bash 复制代码

udevadm monitor --kernel

只监控 udev 事件

bash 复制代码

udevadm monitor --udev

显示环境变量（设备属性）

bash 复制代码

# 显示设备的所有 udev 属性（property），是 udev 设备节点关联的完整属性集，
# 等同于运行 udevadm info --query=property 得到的内容
udevadm monitor --property 
udevadm monitor --environment # 内核（kernel）事件和 udev 事件的环境变量。

其它

你可以通过 udevadm monitor --environment --udev 看到这些变量：

bash 复制代码

UDEV  [552.115431] add      /devices/pci0000:00/0000:00:14.0/usb1/1-1 (usb)
ACTION=add
DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:14.0/usb1/1-1
SUBSYSTEM=usb
DEVNAME=/dev/bus/usb/001/002
DEVTYPE=usb_device
PRODUCT=1d6b/2/300
TYPE=9/0/1
...

内核在发送 uevent 时，会构造这些环境变量，并通过 netlink 发送出去

2.2.3 udevadm trigger

udevadm trigger 是 Linux 系统中用于触发内核设备事件（uevent）重新发送的命令，常用于手动触发设备的 add、change、remove 等事件，进而让 udev 重新处理设备节点，执行相关规则和动作。

重新触发内核发送设备事件（uevent），比如重新"添加"或"修改"设备。
让 udev 重新扫描和处理指定设备。
常用于调试、重载设备驱动，或修复设备节点状态异常

bash 复制代码

udevadm trigger --action=add /sys/class/tty/ttyS0
# 让内核重新"触发" /sys/class/tty/ttyS0 设备的 add 事件
# 使 udev 重新处理这个设备（比如重新创建设备节点，运行对应规则和脚本）

2.2.4 模拟设备添加，测试规则逻辑

udevadm test 是一个用于测试和调试 udev 规则的强大工具。它可以模拟 udev 处理设备事件的过程，显示规则匹配和执行的详细信息，但不会实际更改系统状态（不会创建设备节点或运行脚本）。

工作流程

udevadm test 读取指定设备的 sysfs 信息
模拟 udev 收到的设备事件（一般是 add）
按照规则文件逐条匹配并打印匹配结果
显示将执行的动作（创建设备节点、运行程序等）
不实际执行这些动作，只打印模拟信息

bash 复制代码

udevadm test /sys/class/tty/ttyS0

2.3 udev 规则

udev 规则文件用于定义如何响应内核设备事件（如添加、移除等），以便创建设备节点、设置权限、运行脚本等。其语法基于匹配键（匹配条件）与赋值键（行为指令）的组合。

基本语法格式：

bash 复制代码

MATCH_KEY=="value", ASSIGN_KEY="value"

MATCH_KEY ：匹配条件，只有满足时该规则才会生效
ASSIGN_KEY：指定当规则生效时应执行的操作（如设备权限、运行程序等）

2.3.1 常用匹配键（左侧）

关键字	说明
`KERNEL`	匹配设备名，如 `sda`, `ttyS0`
`SUBSYSTEM`	匹配子系统，如 `block`, `tty`, `net`
`ACTION`	匹配事件类型，如 `add`, `remove`, `change`
`DEVPATH`	匹配 `/sys` 中设备路径
`ATTR{key}`	匹配设备属性（来自 sysfs）
`ATTRS{key}`	匹配父设备属性（用于多层设备匹配）
`DRIVER`	匹配驱动名
`ENV{key}`	匹配环境变量（如 `ENV{ID_SERIAL}`）
`PROGRAM`	执行命令，匹配其退出值
`TEST`	测试文件是否存在
`TAG`	匹配指定标签

2.3.2 常用赋值键（右侧）

关键字	说明
`NAME`	设定设备节点名称
`SYMLINK`	创建符号链接，如 `/dev/serial/by-id/...`
`OWNER`	设定所有者
`GROUP`	设定所属组
`MODE`	设定权限（如 `0660`）
`RUN+=""`	添加要执行的命令或脚本（`+` 允许多个）
`TAG+="value"`	添加标签
`ENV{key}="val"`	设置环境变量

2.3.3 示例规则解析

bash 复制代码

SUBSYSTEM=="tty", KERNEL=="ttyS0", ACTION=="add", MODE="0660", GROUP="dialout", SYMLINK+="serial0", RUN+="/usr/local/bin/setup_serial.sh"

含义：

当子系统为 tty 且设备名是 ttyS0 且事件是 add 时：
设置权限为 0660
设置所属组为 dialout
创建 /dev/serial0 符号链接指向该设备
执行 /usr/local/bin/setup_serial.sh

bash 复制代码

SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{id}=="PNP0501", ACTION=="add", RUN+="/usr/local/bin/fixup_serial.sh"

含义：

匹配的是 tty 子系统，也就是串口设备，如 /dev/ttyS0, /dev/ttyUSB0
匹配该设备的父设备属性 id 为 PNP0501，这是常见的 PC 标准串口标识符
仅当设备被添加时触发（比如开机时创建）
触发时执行 /usr/local/bin/fixup_serial.sh 脚本

2.3.4 执行脚本

在 udev 的 RUN+= 脚本（如 /usr/local/bin/fixup_serial.sh）中，可以使用 udev 在事件中提供的一系列环境变量，这些变量由内核 uevent 和 udev 合并生成，反映了设备的状态和属性。
不是所有在 udev 规则文件中出现的变量，在 RUN+="..." 调用的脚本中都可以直接使用。
常见可用变量列表

变量名	说明
`ACTION`	事件类型：`add`、`remove`、`change` 等
`DEVPATH`	sysfs 中的设备路径，如 `/devices/pnp0/00:02/tty/ttyS0`
`SUBSYSTEM`	子系统名，如 `tty`、`block`、`net`
`DEVNAME`	设备节点名称，如 `/dev/ttyS0`
`DEVTYPE`	设备类型（如 `partition`, `disk`, `usb_interface`）
`MAJOR`/`MINOR`	主设备号、次设备号
`SEQNUM`	事件序号（udev 使用）
`ID_SERIAL`	串口设备的序列号（某些设备才有）
`ID_PATH`	唯一物理路径标识（如 `pci-0000:00...`）
`ID_VENDOR`, `ID_MODEL`	USB 等设备的信息
`DRIVER`	驱动名称（如果有）

如何查看实际的环境变量？

bash 复制代码

udevadm info -a -n /dev/ttyUSB0
# 或者
udevadm monitor --environment --udev

不能在脚本中直接使用的变量

变量	原因说明
`KERNEL`	匹配规则时使用，但不是标准环境变量，默认不传入脚本
`ATTR{}`、`ATTRS{}`	用于匹配设备属性，不自动传入脚本中
`ENV{custom}`	仅在规则内部设置的环境变量，需显式传给脚本
`PROGRAM="..."` 的返回值	在规则中可用，脚本中不可见，需手动传递

想在脚本中使用规则中的值怎么办？

bash 复制代码

SUBSYSTEM=="tty", KERNEL=="ttyS0", ENV{MY_PORT}="S0", RUN+="/usr/local/bin/do_something.sh"

然后在脚本中使用：

bash 复制代码

echo "My port is: $MY_PORT"

建议调试方法

你可以在脚本最前面加入：

bash 复制代码

env > /tmp/udev_env.txt