前言

之前成功編譯了內(nèi)核，這次學(xué)習(xí)如何修改增加刪除內(nèi)核模塊，為了保證內(nèi)核的純凈，我特意重新編譯安裝了一個(gè)新的5.11.8的內(nèi)核，其他內(nèi)核同理。
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通過內(nèi)核模塊顯示進(jìn)程控制塊信息

環(huán)境

主機(jī)：聯(lián)想Y7000P；64位windows10；CPU：i7-9750H；顯卡：GTX 1660 Ti；內(nèi)存：16G
虛擬機(jī)：Ubuntu 18.04 LTS；硬盤100G；內(nèi)存4G；64位；4核心
Linux內(nèi)核：5.11.8

實(shí)驗(yàn)簡述

首先先看實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來自指導(dǎo)書，如有侵權(quán)聯(lián)系我刪除：

實(shí)驗(yàn)說明

在內(nèi)核中，所有進(jìn)程控制塊都被一個(gè)雙向鏈表連接起來，該鏈表中的第一個(gè)進(jìn)程控制塊為init_task。編寫一個(gè)內(nèi)核模塊，模塊接收用戶傳遞的一個(gè)參數(shù)num，num指定要打印的進(jìn)程控制塊的數(shù)量;若用戶不指定num或者num<0，模塊則打印所有進(jìn)程控制塊的信息。需要打印的進(jìn)程控制塊信息有:進(jìn)程PID和進(jìn)程的可執(zhí)行文件名。

解決方案

(1）定義模塊參數(shù)
該模塊需要接受用戶傳遞的參數(shù)，在使用該參數(shù)之前，需要在代碼中預(yù)先定義好該參數(shù)，將該參數(shù)的類型設(shè)置為整型，并且在sysfs文件系統(tǒng)中的權(quán)限是只讀的。定義的方法為:
static int num=-1;
module _param(num, int, S_IRUGO);
該參數(shù)的初始值被設(shè)置為-1。-1將作為打印所有進(jìn)程控制塊的標(biāo)記，默認(rèn)值為-1，意味著當(dāng)用戶不傳入任何參數(shù)時(shí)，模塊將打印所有的進(jìn)程的信息。
(2）訪問進(jìn)程控制塊鏈表
在內(nèi)核中，進(jìn)程控制塊被組織成多個(gè)雙向鏈表，其中有一個(gè)雙向鏈表包含所有的進(jìn)程
精袈
塊，只需要訪問該雙向鏈表，就可以訪問到所有進(jìn)程控制塊。Linux內(nèi)核中幾乎所有雙向
都采用相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，內(nèi)核中定義list_head通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其定義如下:

struct list_head {struct list head *next,*prev; };

list_head中，next指向鏈表中的下一個(gè)list_head 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，prev指向鏈表中的前一個(gè)list_head 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。之所以說該結(jié)構(gòu)是用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的雙向鏈表是因?yàn)?如果一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含list_head結(jié)構(gòu)，開發(fā)者就可以通過內(nèi)核提供的一組宏創(chuàng)建并操作一個(gè)雙向鏈表，而該鏈表中元素的類型為該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖12-1所示：

在進(jìn)程控制塊task_struct中，包含一個(gè)名為tasks 的成員，該成員的類型為list_head，這意味著進(jìn)程控制塊能夠通過該成員將進(jìn)程控制塊串成一個(gè)雙向鏈表。Linux內(nèi)核通過該成員將所有的進(jìn)程都放入同一個(gè)雙向鏈表，因?yàn)?list_head 結(jié)構(gòu)中的next 和 prev指針并不是指向包含list_head 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而是指向另一個(gè)list_head數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。為了訪問包含list_head的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)核提供一個(gè)宏:

list_entry(ptr,type,member);

在該宏中, ptr是一個(gè)指向list_head的指針, type是包含list_head的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型,而member是list_head在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的成員名。例如，若一個(gè)進(jìn)程控制塊中的tasks 的地址為p，為了訪問該進(jìn)程控制塊，可以采用:

list_entry(p,struct task _struct,tasks);

該宏便會(huì)返回該進(jìn)程控制塊的地址。
知道如何使用雙向鏈表后，就可以方便地訪問內(nèi)核中所有的進(jìn)程控制塊，因?yàn)樗ㄟ^tasks成員串成一個(gè)雙向鏈表，如果得到一個(gè)進(jìn)程控制塊的地址p，開發(fā)者可以通過:

list_entry(p->tasks.next, struct task _struct, tasks);

訪問該雙向鏈表中的下一個(gè)進(jìn)程控制塊。在該雙向鏈表中，第一個(gè)進(jìn)程控制塊為init_task,如果開發(fā)者發(fā)現(xiàn)下一個(gè)進(jìn)程控制塊為init_task時(shí)，說明已經(jīng)完整地遍歷過所有進(jìn)程控制塊。
內(nèi)核定義宏for_each process用于遍歷所有的進(jìn)程控制塊，開發(fā)者通過該宏就能將所有的進(jìn)程控制塊訪問一遍，該宏展開的形式為:

for (= &init_task ; (p= list_entry((p)->tasks.next, struct task_struct, tasks) !=&init_task ; )

(3）輸出進(jìn)程控制塊信息
進(jìn)程控制塊中包含進(jìn)程大部分信息，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，模塊需要打印進(jìn)程的 pid和可執(zhí)行文件名，在進(jìn)程控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，成員pid為進(jìn)程的PD，而成員comm包含進(jìn)程的可執(zhí)行文件名。在內(nèi)核中，模塊可以通過 printk( )內(nèi)核函數(shù)將這些信息打印到系統(tǒng)日志中。

程序框架

實(shí)操

實(shí)驗(yàn)說明太多了，看的有點(diǎn)頭大，幸好它給了源碼，直接上手實(shí)操，出了問題再看資料。

模塊文件知識(shí)

先把程序框架中的代碼敲出來，exp_exit()函數(shù)中就添加一句

printk("Good bye,Ronglin\n");

先大概的講述一下c文件的內(nèi)容：
頭文件聲明
頭兩行是模塊頭文件，頭文件module.h和 init.h是必不可少的。module.h包含加載模塊需要的函數(shù)和符號(hào)定義; init.h中包含模塊初始化和清理函數(shù)的定義。如果在加載時(shí)允許用戶傳遞參數(shù)，模塊還應(yīng)該包含moduleparam.h頭文件
模塊許可聲明
從內(nèi)核v2.4.10版本開始，模塊必須通過MODULE_LICENSE宏聲明此模塊的許可證，否則在加載此模塊時(shí)，內(nèi)核會(huì)顯示“kernel tainted”(內(nèi)核被污染)的警告信息。從linux/module.h文件中可看到,被內(nèi)核接受的許可證有GPL，GPL v2，GPL and additional rights，Dual BSD/GPL，Dual MPL/GPL，Dual MIT/GPL和Proprietary。
初始化和清理函數(shù)
聲明內(nèi)核模塊必須調(diào)用宏module_init和 module_exit 去注冊初始化與清理函數(shù)。在模塊源代碼的最后兩行已聲明該模塊被加載時(shí)的初始化函數(shù)是exp_init()，模塊被卸載時(shí)的清理函數(shù)是 exp_exit()。需要注意，初始化與清理函數(shù)必須在宏module_init和 module_exit使用前定義，否則會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤。這兩個(gè)函數(shù)配對(duì)使用，例如，當(dāng)module_init()申請(qǐng)一個(gè)資源，那么module_exit()中就應(yīng)釋放這個(gè)資源，使得模塊不留下任何副作用。
一般來說有這上述3部分足以。

大概了解了c文件結(jié)構(gòu)，再來看看makefile文件的結(jié)構(gòu)

obj-m:=listprocess.o KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd)default:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesobj-m:=listprocess.o

其實(shí)核心部分就是這一句，obj-m:=listprocess.o，生成的內(nèi)核模塊名為listprocess.ko。如果需要生成一個(gè)名為mymodule.ko 的內(nèi)核模塊，并且該內(nèi)核模塊的源代碼來源于modulesrc1.c和 modulesrc2.c兩個(gè)文件, makefile文件應(yīng)該寫成如下形式:

obj -m:-mymodule.o module objs:-modulesrc1.o modulesrc2.o

如果用戶采用這種makefile，在調(diào)用make命令時(shí)，需要將內(nèi)核源代碼所在目錄作為一個(gè)參數(shù)傳遞給make命令。
例如，如果v2.6的內(nèi)核源代碼位于/usr/src/linux-2.6目錄下，用戶模塊源代碼所在目錄應(yīng)該使用的make命令為:

make -C/usrlsrc/linux-2.6 M='pwd'modules

makefile還提供另一種形式，用戶可指定內(nèi)核源代碼所在的目錄，而不用每次都把該目錄作為參數(shù)傳遞給make命令。對(duì)于“hello world!”示例，在 makefile 中指定內(nèi)核源代碼的方式為上面的開頭的代碼。
在這個(gè)makefile文件中，KERNELDIR指定內(nèi)核的源代碼目錄，該目錄通過當(dāng)前運(yùn)行內(nèi)核使用的模塊目錄中的build符號(hào)鏈接指定。
巴拉巴拉這么一大堆理論看著頭疼馬上開始實(shí)操。

安裝模塊

將兩個(gè)文件放在Ubuntu下，并且命名為mykernel。本機(jī)文件結(jié)構(gòu)如下圖

在mykernel文件夾下，直接make編譯，如果沒有make指令的話，可以輸入sudo apt install make安裝make。
輸入

sudo make

直接make編譯報(bào)錯(cuò)了，看輸出信息

error: function declaration isn’t a prototype [-Werror=strict-prototypes]

查了資料，是函數(shù)參數(shù)表沒指明，如果沒有參數(shù)表應(yīng)該寫void而不能為空，用nano打開.c文件，改一下，輸入

sudo nano listprocess.c

在exp_init和exp_exit的括號(hào)里加上void

然后Ctrl+O寫入，回車確定，然后Ctrl+X退出，然后再輸入sudo make編譯

又報(bào)錯(cuò)了，提示

obj-m:=listprocess.o /bin/sh: 1: obj-m:=listprocess.o: not found Makefile:6: recipe for target 'default' failed make: *** [default] Error 127

用nano打開makefile，然后然后刪除最后一句，輸入

sudo nano Makefile

刪除最后一句的obj-m:=listprocess.o
然后Ctrl+O寫入，回車確定，然后Ctrl+X退出，然后再輸入sudo make編譯
沒有報(bào)錯(cuò)了
開始安裝，輸入

sudo insmod listprocess.ko

注意是.ko文件，然后輸入dmesg查看效果
有了pid，成功了，卸載的話輸入

sudo rmmod listprocess.ko

然后輸入dmesg查看效果

卸載成功，模塊測試成功，=w=

補(bǔ)充：
問題:for_each_process報(bào)錯(cuò)
原因:有些人編譯的時(shí)候會(huì)有報(bào)錯(cuò)沒找到 for_each_process 函數(shù)，可能是對(duì)于不同的內(nèi)核版本，for_each_process 位置不同，可以去查看一下源碼，找一下for_each_process 函數(shù)。以本人嘗試結(jié)果為例，4.11以后,for_each_process 在 include/linux/sched/signal.h中。
解決方案：在.c文件的頭中加入一行代碼#include <linux/sched/signal.h>就行了

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux学习之内核模块编程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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