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轉載：Linux notifier機制

阿新 • • 發佈：2019-01-19

linux龐大系統中，各個模組是相對獨立的，那麼模組間通訊該如何做呢？當然你也可以使用全域性資源，如果這樣的話系統缺少獨立性，會帶來穩定性問題的。如果你說，使用共享記憶體，程序通訊等，那麼你曲解我的意思了，因為你說的大多是user space的，而我說的是核心模組級別的。notifier_chain，對就是它，實質上這個機制就是一個回撥函式連結串列的操作，回撥函式的註冊，登出，呼叫。源系統處（比如A子系統）進行定義初始化和回撥函式呼叫，被通知處（比如B子系統）進行回撥函式的註冊和登出，那麼當A系統發生某種事件是，就呼叫通知鏈中所有回撥函式，B系統中註冊的回撥函式就會得到執行。一旦執行回撥函式，它會從連結串列頭依次執行每一個回撥函式，那麼依次執行是一次性全部執行完？執行過程的任意時間都可睡眠？這些需求也就產生了4種類型的notifier_chain。

結構體定義：

  1. struct notifier_block {     /* chain的基本單位 */
  2.    int (*notifier_call)(struct notifier_block *, unsigned long, void *);
  3.     struct notifier_block __rcu *next;
  4.  int priority;
  5. };
  6. struct atomic_notifier_head {/* atmoic context； 執行（rcu_read_lock）；回撥函式執行不能阻塞；實時性高 */
  7.   spinlock_t lock;
  8.    struct notifier_block
     
     __rcu *head;
  9. };
  10. struct blocking_notifier_head {    /* process context；執行(rw_semaphore) ；回撥函式執行可以阻塞；實時性相對低*/
  11.   struct rw_semaphore rwsem;
  12.     struct notifier_block __rcu *head;
  13. };
  14. struct raw_notifier_head { /* 原始連結串列操作，註冊，執行過程無任何保護，完全有驅動人員控制 */
  15.    struct notifier_block __rcu *head;
  16. };
  17. struct srcu_notifier_head {
     
        /* process context；可阻塞通知鏈的變體(Sleepable Read-Copy-Update)，回撥函式執行可以阻塞 */
  18.     struct mutex mutex;
  19.    struct srcu_struct srcu;
  20.   struct notifier_block __rcu *head;
  21. };
notifier_chain的API使用基本四大步驟：定義初始化、註冊、呼叫和登出，而這些操作的基本單位是notifier_block，這個基本單位中包含了回撥函式notifier_call，後繼notifier_block指標，優先順序priority（預設0，數字越大優先順序越高，越靠近連結串列的頭結點，越優先得到執行）。

初始化：

#include <linux/notifier.h>

  1. #define ATOMIC_NOTIFIER_HEAD(name)             \
  2.   struct atomic_notifier_head name =          \
  3.      ATOMIC_NOTIFIER_INIT(name)
  4. #define BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(name)             \
  5.   struct blocking_notifier_head name =            \
  6.      BLOCKING_NOTIFIER_INIT(name)
  7. #define RAW_NOTIFIER_HEAD(name)                    \
  8.   struct raw_notifier_head name =             \
  9.      RAW_NOTIFIER_INIT(name)
  1. /* srcu_notifier_heads must be initialized and cleaned up dynamically */
  2. extern void srcu_init_notifier_head(struct srcu_notifier_head *nh);
  3. #define srcu_cleanup_notifier_head(name)    \
  4.       cleanup_srcu_struct(&(name)->srcu);

經過定義及初始化後，一類的連結串列的頭就形成了，註冊就是增加節點，執行就是遍歷節點，唯一要說明的就是，srcu鏈需要動態的定義，其他三中不需要。

註冊和登出：

  1. int atomic_notifier_chain_register(struct atomic_notifier_head *nh, struct notifier_block *n);
  2.        int atomic_notifier_chain_unregister(struct atomic_notifier_head *nh, struct notifier_block *n)
  1. int blocking_notifier_chain_register(struct blocking_notifier_head *nh, struct notifier_block *n);
  2.     /* 註冊的notifier_block不重複*/
  3.     int blocking_notifier_chain_cond_register(struct blocking_notifier_head *nh, struct notifier_block *n);
  4.   int blocking_notifier_chain_unregister(struct blocking_notifier_head *nh, struct notifier_block *n);
  1. int raw_notifier_chain_register(struct raw_notifier_head *nh, struct notifier_block *n);
  2.  int raw_notifier_chain_unregister(struct raw_notifier_head *nh, struct notifier_block *n);
  1. int srcu_notifier_chain_register(struct srcu_notifier_head *nh, struct notifier_block *n);
  2.  int srcu_notifier_chain_unregister(struct srcu_notifier_head *nh, struct notifier_block *n);

其中註冊和登出都呼叫了最基本的函式如下：

  1. /*
  2.  *    Notifier chain core routines.  The exported routines below
  3.  *   are layered on top of these, with appropriate locking added.
  4.  */
  5. static int notifier_chain_register(struct notifier_block **nl,
  6.       struct notifier_block *n)
  7. {
  8.  while ((*nl) != NULL) {
  9.      if (n->priority > (*nl)->priority)
  10.            break;
  11.         nl = &((*nl)->next);
  12.  }
  13.    n->next = *nl;
  14.    rcu_assign_pointer(*nl, n);
  15.  return 0;
  16. }
  17. static int notifier_chain_cond_register(struct notifier_block **nl,
  18.         struct notifier_block *n)
  19. {
  20.    while ((*nl) != NULL) {
  21.      if ((*nl) == n)
  22.            return 0;
  23.         if (n->priority > (*nl)->priority)
  24.            break;
  25.         nl = &((*nl)->next);
  26.  }
  27.    n->next = *nl;
  28.    rcu_assign_pointer(*nl, n);
  29.  return 0;
  30. }
  31. static int notifier_chain_unregister(struct notifier_block **nl,
  32.        struct notifier_block *n)
  33. {
  34.    while ((*nl) != NULL) {
  35.      if ((*nl) == n) {
  36.          rcu_assign_pointer(*nl, n->next);
  37.             return 0;
  38.         }
  39.        nl = &((*nl)->next);
  40.  }
  41.    return -ENOENT;
  42. }


呼叫：

當A系統發生事件時，會呼叫下面函式之一的方法來，執行通知鏈中的所有回撥函式，那麼所有註冊的地方都會得到執行，除前一個函式執行返回值含有NOTIFY_STOP_MASK標誌。其中引數val是一個整形，使用者自定義含義的傳入值，引數v是一個void*型別，使用者自定義任何型別含義，一般為平臺結構體指標，使用的時候需要強制轉換。 
  1. /*呼叫了__atomic_notifier_call_chain,且nr_to_call=-1表示回撥函式呼叫個數不限，nr_calls=NULL表示不關心已執行的回撥函式個數*/
  2. extern int atomic_notifier_call_chain(struct atomic_notifier_head *nh, unsigned long val, void *v);
  3.  extern int __atomic_notifier_call_chain(struct atomic_notifier_head *nh, unsigned long val, void *v, int nr_to_call, int *nr_calls);
  4. extern int blocking_notifier_call_chain(struct blocking_notifier_head *nh, unsigned long val, void *v);
  5. <span style="white-space:pre">  </span>extern int __blocking_notifier_call_chain(struct blocking_notifier_head *nh, unsigned long val, void *v, int nr_to_call, int *nr_calls);
  6. extern int raw_notifier_call_chain(struct raw_notifier_head *nh, unsigned long val, void *v);
  7.     extern int __raw_notifier_call_chain(struct raw_notifier_head *nh, unsigned long val, void *v, int nr_to_call, int *nr_calls);
  8. extern int srcu_notifier_call_chain(struct srcu_notifier_head *nh, unsigned long val, void *v);
  9.   extern int __srcu_notifier_call_chain(struct srcu_notifier_head *nh, unsigned long val, void *v, int nr_to_call, int *nr_calls);

回撥函式返回值：

  1. #define NOTIFY_DONE        0x0000      /* Don't care回撥函式不關心返回值*/
  2. #define NOTIFY_OK       0x0001      /* Suits me 回撥函式呼叫順利完成*/
  3. #define NOTIFY_STOP_MASK 0x8000      /* Don't call further 回撥函式鏈禁止繼續呼叫的掩碼*/
  4. #define NOTIFY_BAD     (NOTIFY_STOP_MASK|0x0002)
  5.                      /* Bad/Veto action 回撥函式執行有錯*/
  6. /*
  7.  * Clean way to return from the notifier and stop further calls.當前順利呼叫，禁止繼續呼叫
  8.  */
  9. #define NOTIFY_STOP     (NOTIFY_OK|NOTIFY_STOP_MASK)

在notifier_call_chain函式中去依次執行每一個註冊的回撥函式，並以前一個回撥函式的返回值為判斷依據，是否繼續呼叫，最後一個執行函式的返回值作為notifier_call_chain的返回值。當前標準API中，只關注了NOTIFY_STOP_MASK，其他的在notifier_call_chain中未做處理。

典型用例：

在linux中，液晶顯示器會提供一個fb_notify，當顯示器發生某種事件時，會呼叫notifier_call_chain，這樣註冊的回撥函式得到執行，回撥函式根據顯示的framebuffer狀態執行你預想的動作。 它選用通知鏈型別的是blocking_notifier_chain。 
  1. /*
  2.  *  linux/drivers/video/fb_notify.c
  3.  *
  4.  *  Copyright (C) 2006 Antonino Daplas <[email protected]>
  5.  *
  6.  *  2001 - Documented with DocBook
  7.  *   - Brad Douglas <[email protected]>
  8.  *
  9.  * This file is subject to the terms and conditions of the GNU General Public
  10.  * License.  See the file COPYING in the main directory of this archive
  11.  * for more details.
  12.  */
  13. #include <linux/fb.h>
  14. #include <linux/notifier.h>
  15. #include <linux/export.h>
  16. /*靜態定義並初始化通知鏈頭*/
  17. static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(fb_notifier_list);
  18. /** 註冊回撥函式，加入一個回撥函式節點
  19.  *    fb_register_client - register a client notifier
  20.  * @nb: notifier block to callback on events
  21.  */
  22. int fb_register_client(struct notifier_block *nb)
  23. {
  24.    return blocking_notifier_chain_register(&fb_notifier_list, nb);
  25. }
  26. EXPORT_SYMBOL(fb_register_client);
  27. /** 登出回撥函式，刪除一個回撥函式節點
  28.  * fb_unregister_client - unregister a client notifier
  29.  * @nb: notifier block to callback on events
  30.  */
  31. int fb_unregister_client(struct notifier_block *nb)
  32. {
  33.  return blocking_notifier_chain_unregister(&fb_notifier_list, nb);
  34. }
  35. EXPORT_SYMBOL(fb_unregister_client);
  36. /** 當源即framebuffer發生某種事件，呼叫該函式執行所有回撥函式，通知其他子系統
  37.  * fb_notifier_call_chain - notify clients of fb_events
  38.  *
  39.  */
  40. int fb_notifier_call_chain(unsigned long val, void *v)
  41. {
  42.     return blocking_notifier_call_chain(&fb_notifier_list, val, v);
  43. }
  44. EXPORT_SYMBOL_GPL(fb_notifier_call_chain);

假如framebuffer為A子系統，觸屏ft5x06為B子系統，現想要做到觸屏伴隨顯示屏息屏而休眠，亮屏而喚醒。

B子系統（觸屏）/被通知者，程式碼如下： 
  1. kernel\drivers\input\touchscreen\ft5x06_ts.c 
  2. #if defined(CONFIG_FB)
  3. static int fb_notifier_callback(struct notifier_block *self,
  4.                 unsigned long event, void *data)
  5. {
  6.   struct fb_event *evdata = data;
  7.     int *blank;
  8.     struct ft5x06_ts_data *ft5x06_data =
  9.       container_of(self, struct ft5x06_ts_data, fb_notif);
  10.                                 /* 檢測是否是顯示器BLANK改變事件 */
  11.    if (evdata && evdata->data && event == FB_EVENT_BLANK &&
  12.            ft5x06_data && ft5x06_data->client) {
  13.         blank = evdata->data;
  14.         if (*blank == FB_BLANK_UNBLANK)   /*是BLANK事件中的LCD亮屏事件，喚醒觸屏*/
  15.             ft5x06_ts_resume(&ft5x06_data->client->dev);
  16.       else if (*blank == FB_BLANK_POWERDOWN)  /*是BLANK事件中的LCD滅屏事件，讓觸屏休眠 */
  17.           ft5x06_ts_suspend(&ft5x06_data->client->dev);
  18.  }
  19.   return 0;
  20. }
  21. #elif defined(CONFIG_HAS_EARLYSUSPEND)
  22.   //……
  23. #endif
  24. static int ft5x06_ts_probe(struct i2c_client *client,
  25.              const struct i2c_device_id *id)
  26. {
  27.   //……
  28. #if defined(CONFIG_FB)
  29.   data->fb_notif.notifier_call = fb_notifier_callback;
  30.  /*註冊fb回撥函式*/
  31.   err = fb_register_client(&data->fb_notif);
  32.   if (err)
  33.       dev_err(&client->dev, “Unable to register fb_notifier: %d\n”,
  34.            err);
  35. #endif
  36.    //……
  37. }
  38. static int __devexit ft5x06_ts_remove(struct i2c_client *client)
  39. {
  40.   //……
  41. #if defined(CONFIG_FB)
  42.   /*登出fb回撥函式*/
  43.   if (fb_unregister_client(&data->fb_notif))
  44.      dev_err(&client->dev, “Error occurred while unregistering fb_notifier.\n”);
  45. #elif defined(CONFIG_HAS_EARLYSUSPEND)
  46.  unregister_early_suspend(&data->early_suspend);
  47. #endif
  48.  //……
  49. }

A子系統（framebuffer）/通知者，程式碼如下：
  1. int fb_blank(struct fb_info *info, int blank)
  2. {    
  3.      int ret = -EINVAL;
  4.      if (blank > FB_BLANK_POWERDOWN)
  5.          blank = FB_BLANK_POWERDOWN;
  6.   if (info->fbops->fb_blank)  /*硬體執行亮屏還是滅屏的操作*/
  7.       ret = info->fbops->fb_blank(blank, info);
  8.     if (!ret) {
  9.        struct fb_event event;
  10.        event.info = info;
  11.       event.data = ␣
  12.       /*硬體BLANK操作成功後，呼叫所有的註冊回撥函式，比如通知給觸屏*/
  13.       fb_notifier_call_chain(FB_EVENT_BLANK, &event);
  14.  }
  15.   return ret;
  16. }
  17.  /*fbmem中的ioctl*/
  18. static long do_fb_ioctl(struct fb_info *info, unsigned int cmd,
  19.            unsigned long arg)
  20. {
  21.     //…….
  22.      case FBIOBLANK:   //由上層發下來的亮屏還是息屏的IO命令
  23.       if (!lock_fb_info(info))
  24.           return -ENODEV;
  25.        console_lock();
  26.      info->flags |= FBINFO_MISC_USEREVENT;
  27.         ret = fb_blank(info, arg);
  28.       info->flags &= ~FBINFO_MISC_USEREVENT;
  29.       console_unlock();
  30.        unlock_fb_info(info);
  31.        break;
  32.     //……
  33. }

至於framebuffer中的notifier_call_chain的第二、三個引數，詳見linux\fb.h，fbmem.c,fbcon.c。有時間也寫個關於fb相關的文章。 
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