文章目錄

• • • 目的：內(nèi)核空間映射到用戶空間
    • 環(huán)境：Ubuntu 20.04 linux內(nèi)核源碼5.11.0-37-generic(版本自選)
    • 實驗結(jié)果
    • 實驗知識點
    • 實驗難點
    • 實驗代碼
    • • nopage.c
      • Makefile
      • np_test.c
    • 調(diào)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(shè)備號)
      • gcc np_test.c -o ntest

目的：內(nèi)核空間映射到用戶空間

一個虛擬字符設(shè)備驅(qū)動程序，將內(nèi)核空間映射到用戶空間

找到內(nèi)核地址對應(yīng)的物理地址

建立新的用戶表項

環(huán)境：Ubuntu 20.04 linux內(nèi)核源碼5.11.0-37-generic(版本自選)

實驗結(jié)果

這是最終的實驗結(jié)果圖，中間出現(xiàn)了很多錯誤結(jié)果【錯誤過程在錯誤分析】

實驗知識點

加載內(nèi)核模塊是什么意思

將自己編寫的驅(qū)動程序加載到內(nèi)核當(dāng)中，linux強大在一切皆文件，實現(xiàn)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(nèi)容寫在Makefile文件內(nèi)（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(jīng)過make 編譯產(chǎn)生的

這是教程的一張圖，解釋大部分內(nèi)容對應(yīng)我下面的Makefile 文件內(nèi)容

make 指令的作用

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

• 向內(nèi)核添加模塊:

編寫驅(qū)動程序文件

將驅(qū)動文件放置到linux 內(nèi)核源碼相應(yīng)的目錄下

在目錄Kconfig 文件中添加新驅(qū)動程序?qū)?yīng)的項目編譯選擇

在目錄Makefile文件中添加新的驅(qū)動程序編譯語句

怎么編譯進內(nèi)核

根據(jù)Makefile 指定的內(nèi)核地址進入到內(nèi)核中；

這是我調(diào)試錯誤過程的一種圖，看見執(zhí)行make先進入指定的內(nèi)核地址，內(nèi)核內(nèi)也有Makefile文件；
定位到140行：
中間花費了一點時間在這里調(diào)試，后期發(fā)現(xiàn)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(tǒng)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有g(shù)cc， 后來在編譯文件才發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的gcc不能用，前兩個是系統(tǒng)自帶的。才導(dǎo)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(jù)編譯結(jié)果會產(chǎn)生.ko文件，此時會執(zhí)行module_init(xxx)函數(shù)

通過命令 dmesg | tail 最后幾行可以發(fā)現(xiàn) 經(jīng)過insmod 之后進入init函數(shù)
前兩句是插入的模塊未在模塊樹內(nèi)，也就是外來模塊會提示這一消息，學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)#define MMAPNOPAGE_DEV_NAME "nopage" //字符設(shè)備名稱 #define MMAPNOPAGE_DEV_MAJOR 92 //字符設(shè)備號#define SHARE_MEM_PAGE_COUNT 4 //共享頁數(shù) #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(shù)跟之前版本的函數(shù)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(xiàn)在已經(jīng)在vm_fault 結(jié)構(gòu)體內(nèi)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(qū)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(yīng) 變量為long unsigned int 跟之前的有區(qū)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(zhí)行insmod 時進入這個函數(shù) {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(shè)備寫入信息}printk("registing...!");return 0; }void mmapnopage_exit(void) //執(zhí)行rmmod 時進入該函數(shù) {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 ($(KERNELRELEASE),) //搭配上面的教程使用 CONFIG_MODULE_SIG=n //說是為了避開數(shù)字簽名，加了發(fā)現(xiàn)也沒用 PWD :=$(shell pwd) //pwd 表示當(dāng)前工作目錄 present work direction KERSRC := /lib/modules/$(shell uname -r)/build/ //unama -r 指向當(dāng)前的內(nèi)核版本modules:$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules // 執(zhí)行內(nèi)核模塊的編譯 moules_install:$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules_install // 將模塊安裝到對應(yīng)的模塊路徑只有modules_install 執(zhí)行才觸發(fā) .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(shè)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(diào)試過程

實驗出現(xiàn)的錯誤：

Makefile 文件
Makefile missing separator. Stop.

這是由于Makefile 文件中的空格鍵個數(shù)和tab鍵導(dǎo)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(yīng)該是.config 文件這個變量設(shè)置問題
找到.config 發(fā)現(xiàn)沒有找到該變量

.config 在當(dāng)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(fā)現(xiàn)，首先查找有沒有安裝

發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)這個時候找不到gcc
于是

sudo apt-get install gcc
產(chǎn)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(xiàn)在終于進入到錯誤里面

上面是環(huán)境問題還沒進入到代碼里；

接下來調(diào)試才真正進入調(diào)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(shè)備號被占用了
查看當(dāng)前字符設(shè)備號使用情況

cat /proc/devices

查看設(shè)備號使用情況
將240改為 90

重新執(zhí)行命令

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

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

gcc np_test.c -o ntest

./ntest
出現(xiàn)錯誤

np_test.c源碼

查看是否加載模塊成功

黃色代表字符設(shè)備

后來想到是不是權(quán)限問題
我先查看了一下權(quán)限
在/dev 下ll
先看mmapnopage字符設(shè)備對于普通用戶只有讀權(quán)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(jié)束

總結(jié)

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(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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