08、evdev 通用事件处理层

通常来说，核心代码和事件处理部分都不用自己动手写。因为Linux系统已经内置了一个通用解决方案：evdev.c程序。这个程序包含了一些现成的工具和框架，让我们能方便地处理输入设备传来的各种事件信息。

一、evdev_handler 结构体

evdev_handler 结构体定义了处理输入设备事件的函数指针， 在 Linux 内核中， evdev_handler 结构体定义在 include/linux/input.h 头文件中的 evdev.h 中， 如下所示：

static struct input_handler evdev_handler = {
    .event = evdev_event, // 输入事件处理函数
    .events = evdev_events, // 批量输入事件处理函数
    .connect = evdev_connect, // 当 input_dev 和 input_handler 匹配成功之后执行的连接处理函数
    .disconnect = evdev_disconnect, // 断开连接处理函数
    .legacy_minors = true, // 设置为 true,表示支持传统次设备号， 如果设置为 false,则使用动态的次设备号分配方式
    .minor = EVDEV_MINOR_BASE, // 输入设备的基础次设备号
    .name = "evdev", // 输入处理器的名称
    .id_table = evdev_ids, // 输入设备 ID 表
};

在Linux内核的evdev.c文件中，有一个名为evdev_init的内部函数。这个函数的主要作用是：在系统启动时，把evdev_handler这个输入事件处理程序注册到系统中。具体来说，它通过调用input_register_handler函数，并将evdev_handler作为参数传递进去来完成注册工作。这个函数被特别标记为在系统初始化阶段自动运行。

二、input_register_handler

input_register_handler函数的作用是把输入事件处理器添加到系统处理流程中，这样就能接收并处理来自输入设备（如键盘、鼠标等）的事件。调用该函数后，它会返回一个数值结果（通常是0表示成功，负数表示错误），这个结果会直接反馈给调用者。

static int __init evdev_init(void)
{
    return input_register_handler(&evdev_handler);
}

注册输入事件处理器的流程如下：

1. 首先锁定input_mutex互斥锁，确保其他线程暂时无法操作关键代码区域。

2. 为处理器准备一个链表节点，初始化它的位置标记。

3. 把新注册的处理器追加到处理器链表的最后面，确保它排在已有处理器后面。

4. 遍历所有已注册的输入设备：

   • 对每个设备都执行处理器绑定操作，建立设备与处理器之间的连接

5. 通知等待读取系统信息的进程，提示它们可以继续处理请求

6. 解锁input_mutex，允许其他线程继续操作共享资源

7. 最终返回0表示操作成功完成

整个过程就像在系统处理器列表里登记新成员，同时更新所有设备的处理器关联关系，并通知相关进程系统状态已更新。

int input_register_handler(struct input_handler *handler)
{
    struct input_dev *dev; // 输入设备指针
    int error; // 错误码
    error = mutex_lock_interruptible(&input_mutex); // 获取互斥锁， 以阻塞方式
    if (error)
        return error; // 如果获取锁失败， 则返回错误码
    INIT_LIST_HEAD(&handler->h_list); // 初始化输入处理器的链表头
    list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list); // 将输入处理器添加到输入处理器链表的末尾
    list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node)
        input_attach_handler(dev, handler); // 遍历输入设备链表， 并将输入处理器附加到每个输入设备上

    input_wakeup_procfs_readers(); // 唤醒正在等待读取 procfs 的读者
    mutex_unlock(&input_mutex); // 释放互斥锁
    return 0; // 返回成功的状态码
}

在上面的函数中输入处理器附加到每个输入设备上， 也就是取出 input_dev 和新注册的handler 进行匹配， 匹配成功之后执行 evdev_connect 函数。

三、evdev 结构体

evdev结构体在evdev_connect函数中负责记录设备的基本信息和运行状态。它的主要作用是管理设备的输入事件处理，具体来说：

1. 跟踪设备是否已被打开
2. 记录当前正在使用设备的程序
3. 确保设备被正确访问（避免多个程序同时操作）
4. 存储设备相关的其他必要信息

简单来说，这个结构体就是设备的"状态记录本"，用来协调设备与程序之间的交互，确保输入事件能被正确管理和处理。

struct evdev {
    int open; // 记录 evdev 设备打开的状态
    struct input_handle handle; // 输入事件处理器的句柄
    wait_queue_head_t wait; // 等待队列头， 用于休眠和唤醒等待事件的进程
    struct evdev_client __rcu *grab; // 指向当前占用 evdev 设备的客户端
    struct list_head client_list; // 与 evdev 设备关联的客户端链表
    spinlock_t client_lock; // 用于保护客户端链表的自旋锁
    struct mutex mutex; // 用于保护对 evdev 设备的互斥访问
    struct device dev; // 与 evdev 设备关联的设备结构
    struct cdev cdev; // evdev 设备的字符设备结构
    bool exist; // 表示 evdev 设备是否存在
};

• open：记录设备是否开启，0表示关闭，1表示开启。
• handle：处理输入事件的工具，包含设备信息和处理函数。
• wait：等待队列的入口。当没有输入事件时，进程会在这里等待，暂停执行。
• grab：指向当前独占设备的客户端。一旦被占用，其他客户端无法访问该设备。
• client_list：存储连接到该设备的所有客户端列表。
• client_lock：保护客户端列表的锁，确保多任务同时操作时不会出错。
• mutex：控制设备访问的开关，同一时间只允许一个任务操作设备。
• dev：设备的基本信息，比如名称、编号等。
• cdev：设备在系统中的注册信息，用于管理设备文件（如文件路径、权限等）。
• exist：标记设备是否存在的开关，存在时为"是"，不存在时为"否"。

四、evdev_client 结构体

现在我们来了解evdev_client结构体。这个结构体用来记录每个evdev客户端的信息和状态。每当应用程序打开一个event设备文件时，系统就会为它创建一个这样的结构体。一个设备可以对应多个客户端，每个客户端的状态（比如是否活跃、缓冲区情况等）都会被这个结构体单独管理。在evdev.c文件中，系统会通过操作这个结构体，根据客户端当前的设置，把接收到的事件数据写入对应客户端的缓冲区，或者向客户端发送通知提醒。简单来说，它就像每个设备连接的"身份卡片"，帮助系统精准管理每个连接的状态和行为。

struct evdev_client {
    unsigned int head; // 缓冲区的头指针， 指向下一个可写入的位置
    unsigned int tail; // 缓冲区的尾指针， 指向下一个可读取的位置
    unsigned int packet_head; // [未来] 下一个数据包的第一个元素的位置
    spinlock_t buffer_lock; // 用于保护对缓冲区、 头指针和尾指针的访问的自旋锁
    struct fasync_struct *fasync; // 用于异步通知的结构体指针
    struct evdev *evdev; // 与客户端关联的 evdev 设备指针
    struct list_head node; // 与 evdev 设备关联的客户端链表节点
    enum input_clock_type clk_type; // 输入时钟类型
    bool revoked; // 标志， 指示客户端是否被撤销
    unsigned long *evmasks[EV_CNT]; // 用于事件掩码的数组
    unsigned int bufsize; // 缓冲区的大小
    struct input_event buffer[]; // 输入事件缓冲区， 可变长度数组
};

以下是每个成员的简单说明：

• head：缓冲区的起始指针，指向当前可以写入新数据的位置。
• tail：缓冲区的结束指针，指向当前可以读取数据的位置。
• packet_head：标记下一个数据包第一个数据的位置。
• buffer_lock：一个锁机制，防止多线程同时操作缓冲区、头或尾指针，确保操作安全。
• fasync：用于异步通知的指针，当需要通知客户端时会用到它。
• evdev：指向客户端所属的输入设备（如键盘、鼠标等）的指针。
• node：用于将客户端链接到对应设备的列表中的节点。
• clk_type：记录客户端使用的时钟类型。
• revoked：标记客户端是否被禁用（例如因异常被终止）。
• evmasks：一个数组，保存不同事件类型的过滤设置（大小由EV_CNT决定）。
• bufsize：缓冲区能存储的最大事件数量。
• buffer[ ]：存储输入事件的动态数组，实际数据都存在这里。

五、evdev_connect 函数

生成 /dev/input/event1

static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev,
const struct input_device_id *id)
{
    struct evdev *evdev; // evdev 结构体指针， 表示与设备关联的 evdev 实例
    int minor; // 设备的次设备号
    int dev_no; // 设备号
    int error; // 错误码
    minor = input_get_new_minor(EVDEV_MINOR_BASE, EVDEV_MINORS, true);
    if (minor < 0) {
        error = minor;
        pr_err("failed to reserve new minor: %d\n", error);
        return error;
    }
    evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL); // 分配 evdev 结构体的内存空间
    if (!evdev) {
        error = -ENOMEM;
        goto err_free_minor;
    }
    INIT_LIST_HEAD(&evdev->client_list); // 初始化 evdev 的客户端链表头
    spin_lock_init(&evdev->client_lock); // 初始化 evdev 的客户端自旋锁
    mutex_init(&evdev->mutex); // 初始化 evdev 的互斥锁
    init_waitqueue_head(&evdev->wait); // 初始化 evdev 的等待队列头
    evdev->exist = true;
    dev_no = minor;
    /* Normalize device number if it falls into legacy range */
    if (dev_no < EVDEV_MINOR_BASE + EVDEV_MINORS)
        dev_no -= EVDEV_MINOR_BASE;
    dev_set_name(&evdev->dev, "event%d", dev_no); // 设置 evdev 的设备名称
    evdev->handle.dev = input_get_device(dev);
    evdev->handle.name = dev_name(&evdev->dev);
    evdev->handle.handler = handler;
    evdev->handle.private = evdev;
    evdev->dev.devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, minor); // 设置 evdev 的设备号
    evdev->dev.class = &input_class; // 设置 evdev 的设备类
    evdev->dev.parent = &dev->dev; // 设置 evdev 的父设备
    evdev->dev.release = evdev_free; // 设置 evdev 的释放函数
    device_initialize(&evdev->dev); // 初始化 evdev 的设备结构体
    error = input_register_handle(&evdev->handle); // 注册输入事件处理器
    if (error)
        goto err_free_evdev;
    cdev_init(&evdev->cdev, &evdev_fops); // 初始化 evdev 的字符设备结构体
    error = cdev_device_add(&evdev->cdev, &evdev->dev); // 将字符设备添加到系统
    if (error)
        goto err_cleanup_evdev;
    return 0;
    err_cleanup_evdev:
        evdev_cleanup(evdev); // 清理 evdev
        input_unregister_handle(&evdev->handle); // 反注册输入事件处理器
    err_free_evdev:
        put_device(&evdev->dev); // 释放 evdev 设备
    err_free_minor:
        input_free_minor(minor); // 释放次设备号
    return error;
}

1. 首先尝试获取一个新的设备次号（minor number）。如果获取失败，直接返回错误码。

2. 用kzalloc函数为evdev结构体分配内存空间。如果内存分配失败：

   • 释放之前获取的次号
   • 返回错误码

3. 初始化evdev的数据结构：

   • 设置客户端列表头为空
   • 初始化自旋锁、互斥锁和等待队列
   • 标记evdev存在状态为"有效"
   • 根据次号计算设备号并转换为标准格式

4. 配置设备信息：

   • 设置设备名称
   • 配置事件处理器参数（关联设备、名称、处理函数等）
   • 设置字符设备相关参数（设备号、所属类、父设备、释放函数）

5. 注册设备：

   • 初始化设备结构
   • 注册事件处理器。如果注册失败，跳转到"清理evdev"步骤
   • 初始化字符设备并添加到系统。如果失败，跳转到"反注册处理器并清理"步骤

6. 如果所有步骤都成功，返回0表示连接成功

错误处理流程：

• 如果字符设备添加失败：

  • 反注册事件处理器
  • 清理evdev结构体
  • 释放设备资源
  • 释放次号
  • 返回错误码

• 如果事件处理器注册失败：

  • 释放设备资源
  • 释放次号
  • 返回错误码

整个过程遵循"先申请资源，后配置，再注册；失败则按相反顺序释放资源"的基本原则。

::: connect 函数的主要任务是将输入设备与事件处理器关联起来， 以便在事件发生时调用相应的处理函数。 它通过注册输入处理器和设置回调函数来实现这一关联， 并确保正确的事件处理器被调用。 这种关联机制允许开发者根据需要自定义处理函数， 以便根据输入设备上报的事件进行相应的处理。  :::