Linux内核通知链(notifier chain)

1. notifier chain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，有时需要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（notification chain）。

　　通知链只能用在各个子系统之间(当然一个子系统内部也可以使用)，而不能在内核和用户空间进行事件的通知。

　　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。

2. 实现代码位置

组成内核的核心系统代码均位于kernel目录下，通知链相关函数位于kernel/notifier.c中，对应的头文件为include/linux/notifier.h。

3. 通知链类型

(1) 原子通知链

通知链元素的回调函数必须能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

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

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：

struct  raw_notifier_head {  
    struct  notifier_block  *head;  
};

(4) SRCU通知链

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;  
};

4. 相应接口

注册通知链，在通知链表注册时，需要有一个链表头，他指向这个通知链表的第一个元素，这样就可以根据这个链表头找到这个链表中的所有数据。

static int notifier_chain_register(struct notifier_block **nl, struct notifier_block *n);
static int notifier_chain_unregister(struct notifier_block **nl, struct notifier_block *n);

通知链表，当有事件发生时，就使用notifier_call_chain向某个通知链表发送消息。这个函数会遍历通知链中所有的元素，然后依次调用每一个的回调函数。

static int __kprobes notifier_call_chain(struct notifier_block **nl, unsigned long val, void *v, int nr_to_call, int *nr_calls)

5. 一个简单的Demo

#include <linux/module.h>
#include <linux/notifier.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>

//static RAW_NOTIFIER_HEAD(test_chain_head);

struct raw_notifier_head test_chain_head = {
    .head = NULL
};

#define EVENT_A 0x01
#define EVENT_B 0x02

int test_notifier_event1(struct notifier_block *nb, unsigned long event, void *v)
{
    switch (event) {
    case EVENT_A:
        printk("%s: event=EVENT_A
", __func__);
        break;
    case EVENT_B:
        printk("%s: event=EVENT_B
", __func__);
        break;
    default:
        break;
    }

    return NOTIFY_DONE;
}

int test_notifier_event2(struct notifier_block *nb, unsigned long event, void *v)
{
    switch (event) {
    case EVENT_A:
        printk("%s: event=EVENT_A
", __func__);
        break;
    case EVENT_B:
        printk("%s: event=EVENT_B
", __func__);
        break;
    default:
        break;
    }

    return NOTIFY_DONE;
}


static struct notifier_block test_notifier1 = {
    .notifier_call = test_notifier_event1,
    .priority = 1,
};

static struct notifier_block test_notifier2 = {
    .notifier_call = test_notifier_event2,
    .priority = 2,
};


static int __init mynotify_init(void)
{
    printk("raw_notifier_chain_register
");
    raw_notifier_chain_register(&test_chain_head, &test_notifier1);
    raw_notifier_chain_register(&test_chain_head, &test_notifier2);

    printk("raw_notifier_call_chain
");
    raw_notifier_call_chain(&test_chain_head, EVENT_B, NULL);
    raw_notifier_call_chain(&test_chain_head, EVENT_A, NULL);

    return 0;
}

static void __exit mynotify_exit(void)
{
    raw_notifier_chain_unregister(&test_chain_head, &test_notifier1);
    raw_notifier_chain_unregister(&test_chain_head, &test_notifier2);
}

module_init(mynotify_init);
module_exit(mynotify_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");


/*
root@ubuntu:/home/ubuntu/mytest/notifer# dmesg
[19507.972012] raw_notifier_chain_register
[19507.972015] raw_notifier_call_chain
[19507.972016] test_notifier_event2: event=EVENT_B
[19507.972017] test_notifier_event1: event=EVENT_B
[19507.972018] test_notifier_event2: event=EVENT_A
[19507.972018] test_notifier_event1: event=EVENT_A
*/

主机上测试的Makefile

obj-m += notifer_demo.o

all:
    make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$(PWD)

clean:
    make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$(PWD) modules clean

　　首先要将notifier_block通过raw_notifier_chain_register注册到notifier_block_head链表上，notifier_block中必须要实现回调函数，然后在需要的时候通过raw_notifier_call_chain去调用notifier_block中的回调函数。

6.补充：
(1) notifier_call_chain 会按照通知链上各成员的优先级顺序执行回调函数（notifier_block.notifier_call），优先级的处理提现在注册时，在 notifier_chain_register() 中；回调函数的执行现场在 notifier_call_chain() 进程的地址空间；
其返回值是NOTIFY_XXX的形式，在include/linux/notifier.h中。

(2) priority的值越大，越先被通知。 

7. 内核中的使用实例

// net/bridge/br.c
br_init(void)
    register_netdevice_notifier(&br_device_notifier);
    register_switchdev_notifier(&br_switchdev_notifier);

static struct notifier_block br_device_notifier = {
    .notifier_call = br_device_event
};
static struct notifier_block br_switchdev_notifier = {
    .notifier_call = br_switchdev_event,
};

8. 相关资源

(1) 此博文完全参考：https://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/137886.htm

(2) 以网络设备为例来讲解notifier_call_chain, 更加详细: https://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/4075148.html