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主题:《Linux内核模块编程指南》(九)
发信人: kevintz()
整理人: kevintz(2000-06-24 00:42:20), 站内信件
《Linux内核模块编程指南》
《Linux Kernel Module Programming Guide》
作者:Ori Pomerantz 中译者:谭志([email protected])
  
译者注:
1、LKMPG是一本免费的书,英文版的发行和修改遵从GPL version 2的许可。为了
节省时间,我只翻译了其中的大部分的大意,或者说这只是我学习中的一些中文
笔记吧,不能算是严格上的翻译,但我认为这已经足够了。本文也允许免费发布
,但发布前请和我联系,但不要把本文用于商业目的。鉴于本人的水平,文章中
难免有错误,请大家不吝指正。
2、本文中的例子在Linux(kernel version 2.2.10)上调试通过。你用的Linux必
须支持内核模块的加载,如果不支持,请在编译内核时选上内核模块的支持或升
级你的内核到一个支持内核模块的版本。
      

      
                         第九章  阻塞进程
 
    当某人请求一些你不能立刻做的事情时,你会怎么做呢?如果你是人类,你
会说:现在不行,我很忙,先走开。但如果你是一个内核模块,你现在被一个进
程(请求)打扰,你有其他的可能性。你可以将进程进入睡眠直到你能够为它服务
。毕竟进程可以被内核在任何时候进入睡眠和唤醒(这是单CPU上实现似乎同时运
行多进程的方法)。
           
    这个例子也是一个内核模块。一个proc文件(叫/proc/sleep)在某个时候只能
被一个进程打开。如果文件已经打开,内核模块将会调用module_interruptible
_sleep_on。这个函数改变任务(task:任务是一个关于进程的进程信息和系统调用
等信息的内核数据结构)的状态到TASK_INTERRUPTIBLE,表示进程直到被唤醒才能
继续运行,并把进程加入到等待队列(WaitQ:等待访问这个文件的任务队列),再
调用调度器切换到另一进程的上下文运行。
      
    当一个进程完成对/proc/sleep的操作,就关闭该文件,这将会调用module_
close函数。这个函数将唤醒所有在等待队列里的进程(这里没有只唤醒当中某个
进程的机制)。然后返回到刚关闭文件的进程里继续运行。然后调度器决定那个进
程获得CPU运行时间,并把进程调度运行。当被唤醒的某个进程获得运行时,它在
module_interruptible_sleep_on调用的后面开始运行,然后设置一个全局变量让
其他获得CPU时间的唤醒进程知道文件还打开。这些进程看到文件仍打开时,再次
进入睡眠状态。
         
    为了让例子更有趣,module_close不是唯一能唤醒等待队列里的进程的函数
。一个信号,象Ctrl-C(SIGINT)也可以唤醒一个进程。在这种情况下,我们立刻
返回-EINTR。这是很重要的,因为用户可以在取得这个文件之前中断进程。
   
    有另一点要记住:有时侯进程不想进入睡眠(被阻塞),它们只想立刻得到他
们想要的,或告诉它们请求不能被完成。这类进程用O_NONBLOCK标志打开这个文
件。内核应该返回不同于阻塞的-EAGAIN错误码给这些进程。cat_noblock程序可
用于用O_NONBLOCK的方式打开文件的情况测试。

例子sleep.c    

/* sleep.c - create a /proc file, and if several 
 * processes try to open it at the same time, put all 
 * but one to sleep */


/* Copyright (C) 1998-99 by Ori Pomerantz */


/* The necessary header files */

/* Standard in kernel modules */
#include <linux/kernel.h>   /* We're doing kernel work */
#include <linux/module.h>   /* Specifically, a module */

/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS
#include <linux/modversions.h>
#endif        

/* Necessary because we use proc fs */
#include <linux/proc_fs.h>

/* For putting processes to sleep and waking them up */
#include <linux/sched.h>
#include <linux/wrapper.h>

#include <asm/uaccess.h>  /* for get_user and put_user */

/* The module's file functions ***************** */

/* Here we keep the last message received, to prove 
 * that we can process our input */
#define MESSAGE_LENGTH 80
static char Message[MESSAGE_LENGTH];

/* Since we use the file operations struct, we can't use 
 * the special proc output provisions - we have to use 
 * a standard read function, which is this function */

static ssize_t module_output(
    struct file *file,   /* The file read */
    char *buf, /* The buffer to put data to (in the
                * user segment) */
    size_t len,  /* The length of the buffer */
    loff_t *offset) /* Offset in the file - ignore */
{
  static int finished = 0;
  int i;
  char message[MESSAGE_LENGTH+30];

  /* Return 0 to signify end of file - that we have 
   * nothing more to say at this point. */
  if (finished) {
    finished = 0;
    return 0;
  }

  /* If you don't understand this by now, you're 
   * hopeless as a kernel  programmer. */
  sprintf(message, "Last input:%s\n", Message);
  for(i=0; i<len && message[i]; i++)
put_user(message[i], buf+i);

finished = 1;
return i; /* Return the number of bytes "read" */
}


/* This function receives input from the user when
* the user writes to the /proc file. */

static ssize_t module_input(
struct file *file, /* The file itself */
const char *buf, /* The buffer with input */
size_t length, /* The buffer's length */
loff_t *offset) /* offset to file - ignore */
{
int i;

/* Put the input into Message, where module_output
* will later be able to use it */
for(i=0; i<MESSAGE_LENGTH-1 && i<length; i++)
get_user(Message[i], buf+i);
/* we want a standard, zero terminated string */
Message[i] = '\0';

/* We need to return the number of input
* characters used */
return i;
}

/* 1 if the file is currently open by somebody */
int Already_Open = 0;

/* Queue of processes who want our file */
static struct wait_queue *WaitQ = NULL;

/* Called when the /proc file is opened */
static int module_open(struct inode *inode,
struct file *file)
{
/* If the file's flags include O_NONBLOCK, it means
* the process doesn't want to wait for the file.
* In this case, if the file is already open, we
* should fail with -EAGAIN, meaning "you'll have to
* try again", instead of blocking a process which
* would rather stay awake. */
if ((file->f_flags & O_NONBLOCK) && Already_Open) 
    return -EAGAIN;

  /* This is the correct place for MOD_INC_USE_COUNT 
   * because if a process is in the loop, which is 
   * within the kernel module, the kernel module must
   * not be removed. */
  MOD_INC_USE_COUNT;

  /* If the file is already open, wait until it isn't */
  while (Already_Open) 
  {
    int i, is_sig=0;

    /* This function puts the current process, 
     * including any system calls, such as us, to sleep. 
     * Execution will be resumed right after the function 
     * call, either because somebody called 
     * wake_up(&WaitQ) (only module_close does that, 
     * when the file is closed) or when a signal, such 
     * as Ctrl-C, is sent to the process */
    module_interruptible_sleep_on(&WaitQ);
 
    /* If we woke up because we got a signal we're not 
     * blocking, return  -EINTR (fail the system call). 
     * This allows processes to be killed or stopped. */

/*
 * Emmanuel Papirakis:
 *
 * This is a little update to work with 2.2.*. Signals 
 * now are contained in two words (64 bits) and are 
 * stored in a structure that contains an array of two 
 * unsigned longs. We now have to make 2 checks in our if.
 *
 * Ori Pomerantz:
 *
 * Nobody promised me they'll never use more than 64 
 * bits, or that this book won't be used for a version 
 * of Linux with a word size of 16 bits. This code
 * would work in any case.
 */   

    for(i=0; i<_NSIG_WORDS && !is_sig; i++)
is_sig = current->signal.sig[i] & 
        ~current->blocked.sig[i];
    if (is_sig) {
      /* It's important to put MOD_DEC_USE_COUNT here, 
       * because for processes where the open is 
       * interrupted there will never be a corresponding
       * close. If we don't decrement the usage count 
       * here, we will be left with a positive usage 
       * count which we'll have no way to bring down to
       * zero, giving us an immortal module, which can 
       * only be killed by rebooting the machine. */
      MOD_DEC_USE_COUNT;
      return -EINTR;
    }
  }

  /* If we got here, Already_Open must be zero */

  /* Open the file */
  Already_Open = 1;
  return 0;  /* Allow the access */
}



/* Called when the /proc file is closed */

int module_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
  /* Set Already_Open to zero, so one of the processes 
   * in the WaitQ will be able to set Already_Open back 
   * to one and to open the file. All the other processes 
   * will be called when Already_Open is back to one, so
   * they'll go back to sleep. */
  Already_Open = 0;

  /* Wake up all the processes in WaitQ, so if anybody 
   * is waiting for the file, they can have it. */
  module_wake_up(&WaitQ);

  MOD_DEC_USE_COUNT;

  return 0;  /* success */

}


/* This function decides whether to allow an operation 
 * (return zero) or not allow it (return a non-zero 
 * which indicates why it is not allowed).
 *
 * The operation can be one of the following values:
 * 0 - Execute (run the "file" - meaningless in our case)
 * 2 - Write (input to the kernel module)
 * 4 - Read (output from the kernel module)
 *
 * This is the real function that checks file 
 * permissions. The permissions returned by ls -l are 
 * for referece only, and can be overridden here. 
 */
static int module_permission(struct inode *inode, int op)
{
  /* We allow everybody to read from our module, but 
   * only root (uid 0) may write to it */ 
  if (op == 4 || (op == 2 && current->euid == 0))
    return 0; 

  /* If it's anything else, access is denied */
  return -EACCES;
}


/* Structures to register as the /proc file, with 
 * pointers to all the relevant functions. *********** */


/* File operations for our proc file. This is where 
 * we place pointers to all the functions called when 
 * somebody tries to do something to our file. NULL 
 * means we don't want to deal with something. */
static struct file_operations File_Ops_4_Our_Proc_File =
  {
    NULL,  /* lseek */
    module_output,  /* "read" from the file */
    module_input,   /* "write" to the file */
    NULL,  /* readdir */
    NULL,  /* select */
    NULL,  /* ioctl */
    NULL,  /* mmap */
    module_open,/* called when the /proc file is opened */
    NULL,   /* flush */
    module_close      /* called when it's classed */
  };

/* Inode operations for our proc file. We need it so 
 * we'll have somewhere to specify the file operations 
 * structure we want to use, and the function we use for 
 * permissions. It's also possible to specify functions 
 * to be called for anything else which could be done to an
 * inode (although we don't bother, we just put NULL). */
static struct inode_operations Inode_Ops_4_Our_Proc_File =
  {
    &File_Ops_4_Our_Proc_File,
    NULL, /* create */
    NULL, /* lookup */
    NULL, /* link */
    NULL, /* unlink */
    NULL, /* symlink */
    NULL, /* mkdir */
    NULL, /* rmdir */
    NULL, /* mknod */
    NULL, /* rename */
    NULL, /* readlink */
    NULL, /* follow_link */
    NULL, /* readpage */
    NULL, /* writepage */
    NULL, /* bmap */
    NULL, /* truncate */
    module_permission /* check for permissions */
  };

/* Directory entry */
static struct proc_dir_entry Our_Proc_File = 
  {
    0, /* Inode number - ignore, it will be filled by 
        * proc_register[_dynamic] */
    5, /* Length of the file name */
    "sleep", /* The file name */
    S_IFREG | S_IRUGO | S_IWUSR, 
    /* File mode - this is a regular file which 
     * can be read by its owner, its group, and everybody
     * else. Also, its owner can write to it.
     *
     * Actually, this field is just for reference, it's
     * module_permission that does the actual check. It 
     * could use this field, but in our implementation it
     * doesn't, for simplicity. */
    1,  /* Number of links (directories where the 
         * file is referenced) */
    0, 0,  /* The uid and gid for the file - we give 
            * it to root */
    80, /* The size of the file reported by ls. */
    &Inode_Ops_4_Our_Proc_File, 
    /* A pointer to the inode structure for
     * the file, if we need it. In our case we
     * do, because we need a write function. */
    NULL  /* The read function for the file. 
           * Irrelevant, because we put it
           * in the inode structure above */
  }; 



/* Module initialization and cleanup **************** */


/* Initialize the module - register the proc file */
int init_module()
{
  /* Success if proc_register_dynamic is a success, 
   * failure otherwise */
  return proc_register(&proc_root, &Our_Proc_File);
  /* proc_root is the root directory for the proc 
   * fs (/proc). This is where we want our file to be 
   * located. 
   */
}

/* Cleanup - unregister our file from /proc. This could 
 * get dangerous if there are still processes waiting in 
 * WaitQ, because they are inside our open function, 
 * which will get unloaded. I'll explain how to avoid 
 * removal of a kernel module in such a case in 
 * chapter 10. */
void cleanup_module()
{
  proc_unregister(&proc_root, Our_Proc_File.low_ino);
}  



下面是测试文件cat_noblock.c


/* Copyright (C) 1998 by Ori Pomerantz */



#include <stdio.h>    /* standard I/O */
#include <fcntl.h>    /* for open */
#include <unistd.h>   /* for read */ 
#include <stdlib.h>   /* for exit */
#include <errno.h>    /* for errno */

#define MAX_BYTES 1024*4


main(int argc, char *argv[])
{
  int    fd;  /* The file descriptor for the file to read */
  size_t bytes; /* The number of bytes read */
  char   buffer[MAX_BYTES]; /* The buffer for the bytes */  


  /* Usage */
  if (argc != 2) {
    printf("Usage: %s <filename>\n", argv[0]);
    puts("Reads the content of a file, but doesn't wait for input");
    exit(-1);
  }

  /* Open the file for reading in non blocking mode */ 
  fd = open(argv[1], O_RDONLY | O_NONBLOCK);

  /* If open failed */
  if (fd == -1) {
    if (errno = EAGAIN)
      puts("Open would block");
    else
      puts("Open failed");
    exit(-1);
  }

  /* Read the file and output its contents */
  do {
    int i;

    /* Read characters from the file */
    bytes = read(fd, buffer, MAX_BYTES);

    /* If there's an error, report it and die */
    if (bytes == -1) {
      if (errno = EAGAIN)
puts("Normally I'd block, but you told me not to");
      else
puts("Another read error");
      exit(-1);
    }

    /* Print the characters */
    if (bytes > 0) {
      for(i=0; i<bytes; i++)
putchar(buffer[i]);
}

/* While there are no errors and the file isn't over */
} while (bytes > 0);
}

kevintz注:希望大家能够详细阅读英文注悉,对我们如何进行内核编程很重要。
很多语句的顺序都是不能调换的,可能会造成死锁。

--
那一刹那,我开始用心去看这个世界,所有的事物真的可以看得前
所未有的那么清楚…… 

※ 来源:.月光软件站 http://www.moon-soft.com.[FROM: 202.105.73.199]

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