Linux USB 操作原理與 Docker 掛載 USB device

Context

整理一份 survey：Linux 如何看見並操作 USB 裝置，以及如何把 USB device 掛進 Docker 容器。動機是 robotics 場景常需要在容器內存取 USB 序列裝置（感測器、Arduino/ESP32、相機），而熱插拔常出問題。

Linux 的 USB 鏈路：usbcore 列舉 → 依 class/ID 載入 driver（usb-storage→block、cdc_acm/ftdi_sio→tty）→ 產生 /dev 節點 → **udev（使用者空間）**負責命名、權限與自動化。儲存類用 mount，序列類用 tty + dialout 群組。
穩定命名靠 udev rules：綁 VID/PID 或序號做固定 SYMLINK，避免 ttyUSB0 編號隨插拔漂移。/dev/serial/by-id/ 是現成的穩定路徑。
Docker 掛 USB 的本質 = 兩件事：把 device node 放進容器 /dev 且在 device cgroup 開白名單。--device 一次做到兩者（最小權限，生產推薦）。
熱插拔的坑全來自「udev 不在容器內跑」：--device 綁的是啟動當下的 inode，重插後失效。解法：掛父目錄（-v /dev:/dev 或 /dev/bus/usb）+ --device-cgroup-rule='c <major>:* rmw'，或主機端 udev symlink。
三方案權衡：--device（安全、不支援熱插拔）／--privileged -v /dev:/dev（方便但隔離全失，僅開發）／--device-cgroup-rule + /dev/bus/usb（可控 + 支援熱插拔 + libusb，robotics 推薦）。

兩者看的是 sysfs 的同一份資料，只是用途不同：lsusb 是「讀」（查 kernel 已列舉的 USB 清單），/etc/udev/rules.d/ 是「做」（udevd 收到 uevent 時的動作劇本）。udev 不主動掃 USB，被動等事件。
橋是 idVendor/idProduct：lsusb 印的 10c4:ea60 就是 rule 裡 ATTRS{idVendor}=="10c4" 的比對值。流程恆為：lsusb 找 VID:PID → 寫進 rule。
ATTR vs ATTRS（最易錯）：sysfs 是樹，USB 父節點才有 idVendor，driver 建的子節點（ttyUSB/sdX）沒有。綁 VID/PID 要用 有 S 的 ATTRS{}（往父層找）；KERNELS/SUBSYSTEMS 同理。
udevadm info -a /dev/ttyUSB0 是接起兩端的橋接工具：分段印出每一層可用的 KERNELS/ATTRS，直接照含 idVendor/serial 的父層段落抄進 rule。

WSL2 = Hyper-V 輕量 VM 裡的真 kernel，所有發行版共用同一 kernel，預設看不到 Windows 的 USB。WSL1 完全不支援 USB 直通。
過繼標準方案：微軟官方 usbipd-win（USB/IP）。流程：Windows usbipd bind --busid <id>（admin，一次性）→ usbipd attach --wsl --busid <id> → WSL2 內出現 /dev/ttyUSB0 等 → Docker --device 照常掛。拔插/重開機後需重新 attach（--auto-attach）。
最大坑：Docker Desktop（WSL2 backend）容器跑在 docker-desktop 發行版，USB 直通常不穩；建議在 WSL2 發行版裡裝原生 Docker Engine，attach 到該發行版即可乾淨使用。
有些晶片需手動 modprobe ftdi_sio / cdc_acm / usb_storage；儲存類若只取檔案用 /mnt/<drive> (drvfs) 更簡單，不必走 usbip。