Linux内核实验报告实验4.docx
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Linux内核实验报告实验4
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Linux内核实验报告
实验题目：
动态模块设计实验
实验目的：
Linux模块是一些可以独立于内核单独编译的内核函数和数据类型集合,是可增删的
内核部分。
模块在内核启动时装载称为静态装载,在内核已经运行时装载称为动态装载。
模块可以扩充内核所期望的任何功能,但通常用于实现设备驱动程序。
通过本实验，将学习到动态模块的设计过程，以及Proc文件系统的部分知识。
硬件环境：
Pentium（R）Dual-CoreCPUT4400@2.20GHz
软件环境：
Ubuntu12.04
gccversion4.6.3（Ubuntu/Linaro4.6.3-1ubuntu5）
内核版本：
3.0.24
实验步骤：
1、代码分析
模块初始化和模块卸载的函数都类同，同时读取proc文件的函数在本次实验中没有用到，所以着重描述写驱动函数。
实验A：
在这个proc函数中只是简单得输出jiffies的数值。
实验B：
遍历父进程和所有进程，依然是在proc_read中，通过以下代码片段完成功能，注意在这里，我们是通过直接向系统分配的那一个page直接写入来得到的，所以每次不同的进程访问该proc文件的时候得到的结果都不一样
遍历父进程：
len+=sprintf（page+len,"遍历父进程\npid\tppid\tcomm\n"）;
while（task!
=&init_task）{
len+=sprintf（page+len,"%d\t%d\t[%s]\n",task->pid,task->parent->pid,task->comm）;
task=task->parent;
}
遍历所有进程，通过for_each_process（task）这个宏来遍历所有进程：
len+=sprintf（page+len,"遍历任务队列\ncomm\tpid\n"）;
for_each_process（task）{
len+=sprintf（page+len,"%d\t[%s]\n",task->pid,task->comm）;
}
returnlen;
实验C：
在模块开头通过module_param声明了模块参数，在装载模块时通过它来传参
module_param（param,int,0644）;
在proc_read函数中通过这个传入的参数来判断应该读取内核的哪些数值，其中标注黄色的一段是从内核实现/proc/loadavg部分中抽取出来的，loops_per_jiffy是每个滴答能执行的循环数，在内核启动的时候计算出来的这个值：
if（param==0）{//获取loadavg
len+=sprintf（page+len,"%lu.%02lu%lu.%02lu%lu.%02lu\n"/*%ld/%d%d\n*/,
LOAD_INT（avenrun[0]）,LOAD_FRAC（avenrun[0]）,
LOAD_INT（avenrun[1]）,LOAD_FRAC（avenrun[1]）,
LOAD_INT（avenrun[2]）,LOAD_FRAC（avenrun[2]）
/*,nr_running（）,nr_threads,*/
/*task_active_pid_ns（current）->last_pid*/）;
}elseif（param==1）{
len+=sprintf（page+len,"loops_per_jiffy:
%lu\n",loops_per_jiffy）;
len+=sprintf（page+len,"bogomips=lpj/（500000/HZ）:
\n%lu.%02lu\n",loops_per_jiffy/（500000/HZ）,loops_per_jiffy/（5000/HZ）%100）;
}
在这里我们还设计了改写loops_per_jiffy的方法：
staticintproc_write（structfile*file,constchar*buffer,unsignedlongcount,void*data）
{
intlen;
charbuf[16];
if（count>MYDATA_LEN）
len=MYDATA_LEN;
else
len=count;
copy_from_user（buf,buffer,len）;
loops_per_jiffy=simple_strtol（buf,NULL,10）;
returnlen;
}
2、设计说明
实验A：
对于读取时间，内核提供了do_gettimeofday这个函数，同时在对用户也提供了一个系统调用gettimeofday，这两个获取当前时间的途径都是一样的（在x86上都是访问TSC寄存器——时间戳寄存器来获得时间值），所以一般都要比用jiffies滴答数获得的时间数要准确。
在进行这两种比较时，我们可以有两种策略，直接在proc文件中不停输出两者数值（jiffies和当前时间），或者proc文件只输出文件，在通过用户程序调用系统调用获得时间值再进行比较，在这里使用了第二种。
实验B：
设计说明在代码分析中已经阐明
实验C：
设计说明在代码分析中已经阐明
3、调试记录
实验A：
可以看到在几次循环中，jiffies的值始终没有变，而gettimeofday的值确是一直在变，实际上我的机器的内核HZ设置的是250,也就是0.004秒发生一个滴答，所以滴答数要改变的话，gettimeofday的值至少要变化4000微秒，jiffies的值才能改变，这说明了gettimeofday的精确度逼jiffies的精确度要高（至少是在本次实验环境中）。
实验B：
值得注意的是0号进程swapper进程，查资料发现它就是所谓的idle进程。
实验C：
1.
2.
结论分析与体会：
在本次实验中充分体会了动态模块的灵活性。
可以在装载的时候传入参数，从而改变模块在以后的行为。
proc文件并不是一开始就在哪里，而是动态生成，动态计算的。
虽然对于用户来说proc文件与一般的文件都是有相同的行为，但是其本质确实生成内容而非读取内容的，在这里充分体现出了linux设计的灵活性，以及VFS提供的这种抽象级别的强大之处。
通过对proc的学习，对于以后的调试工作也有一定的帮助。
另一方面，对于模块开发的过程也有了一定的了解，基本上对于一个模块，需要做的事就是：
1.包含必要的头文件
2.使用必要的宏声明模块初始化函数和模块卸载函数
3.实现函数
另一方面，编写模块时Makefile的编写也是值得注意的地方，在这里附上本次实验中用到的一份Makefile
obj-m:
=pm2.o
MOD=pm2
all:
make-C/lib/modules/$（shelluname-r）/buildM=$（shellpwd）modules
clean:
make-C/lib/modules/$（shelluname-r）/buildM=$（shellpwd）clean
rmmod:
sudormmodpm2
install:
sudoinsmodpm2.ko
test:
cat/proc/$（MOD）dir/$（MOD）file
程序完整源代码：
问题A：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include//do_gettimeofday
/*#include*/
/*#include*/
/*#include*/
/*#include*/
/*#include*/
/*#include*/
#defineMODULE_NAME"Myproc"
#defineMYDATA_LEN16
//放用户空间传入的数据
structmy_proc_data{
charvalue[MYDATA_LEN];
};
structmy_proc_datamydata;
//proc结构变量
staticstructproc_dir_entry*example_dir;
staticstructproc_dir_entry*data_file;
staticintparam;
module_param（param,int,0644）;
/***********************v2***********************
//读文件myfile的读驱动函数
staticintproc_read（char*buf,char**start,off_toff,intcount,int*eof,void*data）
{
intlen=0;
structtimevaltv;
unsignedlongj1;
u64j2;
do_gettimeofday（&tv）;
j1=jiffies;
j2=get_jiffies_64（）;
len+=sprintf（buf+len,"%10i.%06i\n",tv.tv_sec,tv.tv_usec）;
len+=sprintf（buf+len,"0x%08lx0x%016Lx\n",j1,j2）;
*start=buf;
returnlen;
}
*************************************************/
staticintproc_read（char*buf,char**start,off_toff,intcount,int*eof,void*data）
{
intlen=0;
unsignedlongj1;
j1=jiffies;
len+=sprintf（buf+len,"0x%08lx\n",jiffies）;
*eof=1;//区别?
不加似乎会在读取结束的时候多发一个不会成功的read请求
printk（KERN_ALERT"len%doff%dcount%d\n",len,off,count）;
returnlen;
}
//写文件myfile的写驱动函数
staticintproc_write（structfile*file,constchar*buffer,unsignedlongcount,void*data）
{
intlen;
structmy_proc_data*mydatap=（structmy_proc_data*）data;
if（count>MYDATA_LEN）
len=MYDATA_LEN;
else
len=count;
if（copy_from_user（mydatap->value,buffer,len））{//buffer在usermode
return-EFAULT;//?
Badaddress,whyminus?
}
mydatap->value[len-1]='\0';
returnlen;
}
//装入模块
intinit_module（void）
{
//创建proc/myfile目录
example_dir=（structproc_dir_enry*）proc_mkdir（"pm1dir",NULL）;
if（example_dir==0）{
printk（"mkdirfail\n"）;
return-1;
}
data_file=（structproc_dir_entry*）create_proc_entry（"pm1file",0666,example_dir）;
if（data_file==0）{
remove_proc_entry（"pm1file",0）;
printk（"mkfilefale\n"）;
return-ENOMEM;
}
strcpy（mydata.value,"Ticks="）;
data_file->data=&mydata;
data_file->read_proc=&proc_read;
data_file->write_proc=&proc_write;
//data_file->owner=THIS_MODULE;在我的内核中该结构已经没有owner成员了
return0;
}
//卸载模块
voidcleanup_module（void）
{
remove_proc_entry（"pm1file",example_dir）;
remove_proc_entry（"pm1dir",NULL）;
printk（"Goodbye.\n"）;
}
MODULE_LICENSE（"GPL"）;
MODULE_DESCRIPTION（"TEST"）;
MODULE_AUTHOR（"xxx"）;
问题A用户测试程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#definepath"/proc/pm1dir/pm1file"
#defineprefix""
#defineprelen6
#defineITERNUM10//默认循环次数
intmain（intargc,char*argv[]）
{
intn;
if（argc>1）{
n=atoi（argv[1]）;
}else{
n=ITERNUM;
}
FILE*fp=0;
charbuf[16];
structtimevaltv;
for（;n>0;--n）{
fp=fopen（path,"r"）;
printf（"%s",fgets（buf,16,fp））;
fclose（fp）;
gettimeofday（&tv,NULL）;
printf（"%10li.%06li\n***************************\n",tv.tv_sec,tv.tv_usec）;
}
}
问题B：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include//task_struct等
/*#include*/
#defineMODULE_NAME"Myproc"
#defineMYDATA_LEN16
#definePMDIR"pm2dir"
#definePMFILE"pm2file"
//放用户空间传入的数据
structmy_proc_data{
charvalue[MYDATA_LEN];
};
structmy_proc_datamydata;
//proc结构变量
staticstructproc_dir_entry*example_dir;
staticstructproc_dir_entry*data_file;
staticintparam;
module_param（param,int,0644）;
//读文件myfile的读驱动函数
staticintproc_read（char*page,char**start,off_toff,intcount,int*eof,void*data）
{
intlen=0;
structtask_struct*task=current;
structmy_proc_data*mydatap=（structmy_proc_data*）data;
len+=sprintf（page+len,"%s%ldHZ=%d\n",mydatap->value,jiffies,HZ）;
len+=sprintf（page+len,"遍历父进程\npid\tppid\tcomm\n"）;
while（task!
=&init_task）{
len+=sprintf（page+len,"%d\t%d\t[%s]\n",task->pid,task->parent->pid,task->comm）;
task=task->parent;
}
/*tasknowpointstoinit*/
len+=sprintf（page+len,"%d\t%d\t[%s]\n",task->pid,task->parent->pid,task->comm）;
/*len+=sprintf（page+len,"init:
%d\t[%s]\n",（&init_task）->pid,（&init_task）->comm）;*/
len+=sprintf（page+len,"遍历任务队列\ncomm\tpid\n"）;
for_each_process（task）{
/*thispoinlesslyprintsthenameandpidofeachtask*/
/*printk（"%s[%d]",task->comm,task->pid）;*/
len+=sprintf（page+len,"%d\t[%s]\n",task->pid,task->comm）;
}
returnlen;
}
//写文件myfile的写驱动函数
staticintproc_write（structfile*file,constchar*buffer,unsignedlongcount,void*data）
{
intlen;
structmy_proc_data*mydatap=（structmy_proc_data*）data;
if（count>MYDATA_LEN）
len=MYDATA_LEN;
else
len=count;
if（copy_from_user（mydatap->value,buffer,len））{//buffer在usermode
return-EFAULT;//?
Badaddress,whyminus?
}
mydatap->value[len-1]='\0';
returnlen;
}
//装入模块
intinit_module（void）
{
//创建proc/myfile目录
example_dir=（structproc_dir_enry*）proc_mkdir（PMDIR,NULL）;
if（example_dir==0）{
printk（"mkdirfail\n"）;
return-1;
}
data_file=（structproc_dir_entry*）create_proc_entry（PMFILE,0666,example_dir）;
if（data_file==0）{
remove_proc_entry（"myfile",0）;
printk（"mkfilefale\n"）;
return-ENOMEM;
}
strcpy（mydata.value,"Ticks="）;
data_file->data=&mydata;
data_file->read_proc=&proc_read;
data_file->write_proc=&proc_write;
//data_file->owner=THIS_MODULE;在我的内核中该结构已经没有owner成员了
return0;
}
//卸载模块
voidcleanup_module（void）
{
remove_proc_entry（PMFILE,example_dir）;
remove_proc_entry（PMDIR,NULL）;
printk（"Goodbye.\n"）;
}
MODULE_LICENSE（"GPL"）;
MODULE_DESCRIPTION（"TEST"）;
MODULE_AUTHOR（"xxx"）;
问题C：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include//task_struct等
#include
#include
#include
#include
#defineLOAD_INT（x）（（x）>>FSHIFT）
#defineLOAD_FRAC（x）LOAD_INT（（（x）&（FIXED_1-1））
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