文章目錄

• • • 目的：內核空間映射到用戶空間
    • 環境：Ubuntu 20.04 linux內核源碼5.11.0-37-generic(版本自選)
    • 實驗結果
    • 實驗知識點
    • 實驗難點
    • 實驗代碼
    • • nopage.c
      • Makefile
      • np_test.c
    • 調試過程
    • • make
      • sudo insmod nopage.ko
      • sudo mknod /dev/nopage c 92 0 (這里的92是你前面申請的設備號)
      • gcc np_test.c -o ntest

目的：內核空間映射到用戶空間

一個虛擬字符設備驅動程序，將內核空間映射到用戶空間

找到內核地址對應的物理地址

建立新的用戶表項

環境：Ubuntu 20.04 linux內核源碼5.11.0-37-generic(版本自選)

實驗結果

這是最終的實驗結果圖，中間出現了很多錯誤結果【錯誤過程在錯誤分析】

實驗知識點

加載內核模塊是什么意思

將自己編寫的驅動程序加載到內核當中，linux強大在一切皆文件，實現高類聚低耦合的特點，模塊封裝
給linux無限可能的機會

如何加載

實驗難點

沒接觸過linux 編譯，前期知識點
Makefile 文件的作用

類似腳本，將編譯的大部分內容寫在Makefile文件內（該文件要和編譯的.c文件在同一個目錄下）
剛開是只有

這三個文件，其他文件大部分是經過make 編譯產生的

這是教程的一張圖，解釋大部分內容對應我下面的Makefile 文件內容

make 指令的作用

make 會進入Makefile 文件；根據Makefile 進行編譯
根據Makefile文件編譯源代碼、連接、生成目標文件、可執行文件。 簡單理解就是執行Makefile這個腳本；

• 向內核添加模塊:

編寫驅動程序文件

將驅動文件放置到linux 內核源碼相應的目錄下

在目錄Kconfig 文件中添加新驅動程序對應的項目編譯選擇

在目錄Makefile文件中添加新的驅動程序編譯語句

怎么編譯進內核

根據Makefile 指定的內核地址進入到內核中；

這是我調試錯誤過程的一種圖，看見執行make先進入指定的內核地址，內核內也有Makefile文件；
定位到140行：
中間花費了一點時間在這里調試，后期發現主要bug不在這里；

主要bug 還是因為沒有安裝gcc
這里花費時間是因為一開始我檢測系統發現已經有gcc， 后來在編譯文件才發現系統的gcc不能用，前兩個是系統自帶的。才導致我花了大量時間
最后一個是我后來安裝上的 sudo apt install gcc

遇到錯誤怎么排錯

google baidu 教材

課本的指令是什么意思

make # 編譯
insmod xxx.ko # 根據編譯結果會產生.ko文件，此時會執行module_init(xxx)函數

通過命令 dmesg | tail 最后幾行可以發現 經過insmod 之后進入init函數
前兩句是插入的模塊未在模塊樹內，也就是外來模塊會提示這一消息，學習過程可以忽略；

實驗代碼

nopage.c

#include <linux/init.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/types.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/fcntl.h>#include <linux/vmalloc.h> //空間分配到堆 #include <linux/uaccess.h> #include <linux/io.h>#include <asm/page.h> #include <linux/mm.h> //重點學習#define MMAPNOPAGE_DEV_NAME "nopage" //字符設備名稱 #define MMAPNOPAGE_DEV_MAJOR 92 //字符設備號#define SHARE_MEM_PAGE_COUNT 4 //共享頁數 #define SHARE_MEM_SIZE (PAGE_SIZE*SHARE_MEM_PAGE_COUNT)char *share_memory=NULL;vm_fault_t mmapnopage_vm_fault(struct vm_fault *vmf) //這個函數跟之前版本的函數不同，這個形參只有一個，這個要在mm.h下查看才能確定不同版本不同 {struct page *page;unsigned long offset;void *page_ptr;struct vm_area_struct *vma=vmf->vma; //早期版本該變量時形參，現在已經在vm_fault 結構體內定義直接使用printk("\n");printk("%-25s %08x\n","1)vma->flags",vmf->flags);printk("%-25s %08lx\n","2)vmf->pgoff",vmf->pgoff);printk("%-25s %08lx\n","3)vmf->virtual_address",vmf->address); // 虛擬存儲區中斷地址變量為address 更之前也有差別，在mm.h 下可以找到對應 變量為long unsigned int 跟之前的有區別printk("%-25s %08lx\n","4)vma->vm_start",vma->vm_start);printk("%-25s %08lx\n","5)vma->vm_end",vma->vm_end);printk("%-25s %08lx\n","6)vma->vm_pgoff",vma->vm_pgoff);/*printk("%-25s %d\n","7)PAGE_SHIFT",PAGE_SHIFT);*/page_ptr=NULL;if((NULL==vma)||(NULL==share_memory)){printk("return VM_FAULT_SIGBUS!\n");return VM_FAULT_SIGBUS;}offset=vmf->address-vma->vm_start; //偏移量if(offset>=SHARE_MEM_SIZE){printk("return VM_FAULT_SIGBUS!");return VM_FAULT_SIGBUS;}page_ptr=share_memory+offset;page=vmalloc_to_page(page_ptr);get_page(page);vmf->page=page;return 0; }struct vm_operations_struct mmapnopage_vm_ops={.fault=mmapnopage_vm_fault, //中斷 };int mmapnopage_mmap(struct file *filp,struct vm_area_struct *vma) {vma->vm_flags |= VM_NORESERVE; //缺頁映射vma->vm_ops=&mmapnopage_vm_ops;return 0; }struct file_operations mmapnopage_fops={ //文件操作.owner=THIS_MODULE, .mmap=mmapnopage_mmap, };int mmapnopage_init(void) //執行insmod 時進入這個函數 {int lp;int result;result=register_chrdev(MMAPNOPAGE_DEV_MAJOR,MMAPNOPAGE_DEV_NAME,&mmapnopage_fops);if(result<0){printk("regist fails!");return result;}share_memory=vmalloc(SHARE_MEM_SIZE);for(lp=0;lp<SHARE_MEM_PAGE_COUNT;lp++){sprintf(share_memory+PAGE_SIZE*lp,"TEST %d",lp); //向字符設備寫入信息}printk("registing...!");return 0; }void mmapnopage_exit(void) //執行rmmod 時進入該函數 {if(share_memory!=NULL){vfree(share_memory);}unregister_chrdev(MMAPNOPAGE_DEV_MAJOR,MMAPNOPAGE_DEV_NAME); }module_init(mmapnopage_init); module_exit(mmapnopage_exit);MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

Makefile

下面的Makefile 文件我添加了注釋可能在命令后面多了空格，make會識別錯誤

ifeq ($(KERNELRELEASE),) //搭配上面的教程使用 CONFIG_MODULE_SIG=n //說是為了避開數字簽名，加了發現也沒用 PWD :=$(shell pwd) //pwd 表示當前工作目錄 present work direction KERSRC := /lib/modules/$(shell uname -r)/build/ //unama -r 指向當前的內核版本modules:$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules // 執行內核模塊的編譯 moules_install:$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules_install // 將模塊安裝到對應的模塊路徑只有modules_install 執行才觸發 .PHONY: modules modules_install clean //wei clean:-rm -rf *.o *.cmd.* *.ko //刪除中間標識文件 else modules-objs :=nopage.o obj-m := nopage.o //將nopage.o 編譯為nopage.koendif

這個Makefile 和 上面是一樣的；

ifeq ($(KERNELRELEASE),) CONFIG_MODULE_SIG=n PWD :=$(shell pwd) KERSRC := /lib/modules/$(shell uname -r)/build/modules:$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules moules_install:$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules_install .PHONY: modules modules_install clean clean:-rm -rf *.o *.cmd.* *.ko else modules-objs :=mmapnopage.o obj-m := mmapnopage.oendif

np_test.c

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/ioctl.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <sys/mman.h>// #define DEVICE_FILENAME "/dev/mmapnopage" #define DEVICE_FILENAME "/dev/nopage"#define SHARE_MEM_PAGE_COUNT 4 #define SHARE_MEM_SIZE (4096*SHARE_MEM_PAGE_COUNT)int main() {int dev;int loop;char *ptrdata;dev=open(DEVICE_FILENAME,O_RDWR|O_NDELAY); //設備打開成功，返回句柄大于0if(dev < 0)printf("can't open nopage\n"); // return < 0 fail! if(dev>=0){printf("open file success!\n");ptrdata=(char*)mmap(0,SHARE_MEM_SIZE,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,dev,0);for(loop=0;loop<SHARE_MEM_PAGE_COUNT;loop++){printf("[%-10s----%s]\n",ptrdata+4096*loop,ptrdata+4096*loop);}munmap(ptrdata,SHARE_MEM_SIZE);close(dev);}return 0; }

調試過程

實驗出現的錯誤：

Makefile 文件
Makefile missing separator. Stop.

這是由于Makefile 文件中的空格鍵個數和tab鍵導致的
No rule to make target ‘make’, needed by ‘modules’
解決方法：文本打開直接使用tab 鍵，不要用空格代替，Makefile以空格為命令行的分界，對符號敏感

進入Makefile文件

沒有進入ifeq條件
猜想應該是.config 文件這個變量設置問題
找到.config 發現沒有找到該變量

.config 在當前源碼里面下
針對這個問題查看資料源碼花費了很多時間還是沒能解決
就進入下一個問題

gcc 沒有發現，首先查找有沒有安裝

發現有安裝（最后一個是最后安裝上的）（其實主要原因還是沒有安裝gcc）系統自帶的不能用；

后面嘗試編譯一個文件gcc hello.c -o test # 這個是我用來測試用的
發現這個時候找不到gcc
于是

sudo apt-get install gcc
產生這么多錯誤的原因是沒有 sudo apt install gcc;
在排除上面這個問題的過程中花了很多時間
現在終于進入到錯誤里面

上面是環境問題還沒進入到代碼里；

接下來調試才真正進入調試階段；

進入到頭文件

這是mm.h文件下

兩個錯誤修改地址后
note: each undeclared identifier is reported only once for each function it appears in

71行20列定位；

make

Make 編譯成功：

sudo insmod nopage.ko

insmod: ERROR: could not insert module mmapnopage.ko: Device or resource busy
這是因為申請的設備號被占用了
查看當前字符設備號使用情況

cat /proc/devices

查看設備號使用情況
將240改為 90

重新執行命令

sudo mknod /dev/nopage c 92 0 (這里的92是你前面申請的設備號)

92 可以通過命令 grep nopage /proc/devices 返回得到
參數c 代表的是字符設

gcc np_test.c -o ntest

./ntest
出現錯誤

np_test.c源碼

查看是否加載模塊成功

黃色代表字符設備

后來想到是不是權限問題
我先查看了一下權限
在/dev 下ll
先看mmapnopage字符設備對于普通用戶只有讀權限（nopage 是我修改過的，原本和mmapnopage一樣）
修改為可讀可寫
chmod 666 nopage #（666 = rw-=4+2+0）

之后再編譯一下gcc np_test.c -o ntest
./ntest

結束

總結

以上是生活随笔為你收集整理的[linux-nopage]内存映射虚拟字符设备驱动【P119】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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