Linux文件系统基础(5)

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mb5fdb1365b75a0 2016-07-10 20:10:00

文章标签 #define linux 文件系统模块加载系统内核 文章分类 虚拟化云计算

1. 背景

本文继续 Samplefs 的源码介绍。Day3 的源码主要是在状态和调试方面的改进。

2. 代码

与 Day1 和 Day2 的代码相比，Day3 的实现非常简单。下面就其中的知识点做简单介绍。

2.1 模块参数

Day3 这段代码示意了如何声明模块的参数，

unsigned int sample_parm = 0;
module_param(sample_parm, int, 0);
MODULE_PARM_DESC(sample_parm, "An example parm. Default: x Range: y to z");

其中 module_param 用来声明模块的变量名，数据类型和许可掩码 (permission masks)。由于本驱动的许可掩码是 0，因此模块参数并未在 /sys/module/ 路径下创建参数文件。

2.2 调试信息

在 Day3 代码里使用了 printk 的变体 pr_info, pr_warn 和 pr_err，这些函数都是直接包装 printk，让代码更简洁一些。还有其它类似的函数定义在了 include/linux/printk.h 里。

#define pr_emerg(fmt, ...) \
     printk(KERN_EMERG pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_alert(fmt, ...) \
    printk(KERN_ALERT pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_crit(fmt, ...) \
    printk(KERN_CRIT pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_err(fmt, ...) \
    printk(KERN_ERR pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_warning(fmt, ...) \
    printk(KERN_WARNING pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_warn pr_warning
#define pr_notice(fmt, ...) \
    printk(KERN_NOTICE pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_info(fmt, ...) \
     printk(KERN_INFO pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)

/* If you are writing a driver, please use dev_dbg instead */
#if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG)
/* dynamic_pr_debug() uses pr_fmt() internally so we don't need it here */
#define pr_debug(fmt, ...) \
    dynamic_pr_debug(fmt, ##__VA_ARGS__)
#elif defined(DEBUG)
#define pr_debug(fmt, ...) \
    printk(KERN_DEBUG pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#else
#define pr_debug(fmt, ...) \
    no_printk(KERN_DEBUG pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#endif

这里面，pr_debug 是个特例。在 CONFIG_DYNAMIC_DEBUG 打开的前提下，pr_debug 实现了内核的 Dynamic debug 特性。这个特性使得 pr_debug 打印的消息可以在默认情况下不被使能，但通过控制 /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control 来实现动态的使能。

详细用法请参考 Documentation/dynamic-debug-howto.txt。

2.3 proc 文件系统

Linux 驱动和内核模块可以给用户空间提供很多种接口。其中虚拟文件系统是常见的一种方式，例如 proc, sysfs, debugfs 等。

首先 proc_mkdir 和 proc_create 可以用来创建 proc 文件系统的目录和文件。Day3 代码如下，

void sfs_proc_init(void)
{
    proc_fs_samplefs = proc_mkdir("fs/samplefs", NULL);
    if (proc_fs_samplefs == NULL)
        return;

    proc_create("DebugData", 0, proc_fs_samplefs,
        &samplefs_debug_data_proc_fops);
}

其中 proc_mkdir 返回 struct proc_dir_entry 类型的变量，

static struct proc_dir_entry *proc_fs_samplefs;

而调用 proc_create 在 fs/samplefs 目录下创建 DebugData 时，该调用还须声明 struct file_operations，

static const struct file_operations samplefs_debug_data_proc_fops = {
    .owner      = THIS_MODULE,
    .open       = samplefs_debug_data_proc_open,
    .read       = seq_read,
    .llseek     = seq_lseek,
    .release    = single_release,
};

struct file_operations 的 .open 方法如下，

static int samplefs_debug_data_proc_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return single_open(file, samplefs_debug_data_proc_show, NULL);
}

该函数通过使用 single_open 时指定 show() 方法来实现了下面的最简函数，

static int samplefs_debug_data_proc_show(struct seq_file *m, void *v)
{
    seq_puts(m,
            "Display Debugging Information\n"
            "-----------------------------\n");

    return 0;
}

可以看到，当该 proc 文件每次被打开时，这个 show() 方法就会被调用一次。

在模块卸载前，可以调用 remove_proc_entry 来删除模块加载时创建的 proc 文件。

void sfs_proc_clean(void)
{
    if (proc_fs_samplefs == NULL)
        return;

    remove_proc_entry("DebugData", proc_fs_samplefs);
    remove_proc_entry("fs/samplefs", NULL);
}

Documentation/filesystems/seq_file.txt 里给出了上述相关接口的用法和说明。而在其 The extra-simple version 这节里，就介绍了用 single_open 做最简的 proc 文件显示的实现。

4. 实验

模块参数可以通过 insmod 命令指定，Day3 的源码对模块参数做了检查，超过 10 的数值会被设置成 10，

$ sudo insmod /home/yango/ws/lktm/fs/samplefs/day3/samplefs.ko sample_parm=9000

[96287.090137] init samplefs
[96287.090143] sample_parm 9000 too large, reset to 10

另外 modinfo 可以给出模块的详细信息，包括源码中描述的模块参数信息，

$ modinfo /home/yango/ws/lktm/fs/samplefs/day3/samplefs.ko
filename:       /home/yango/ws/lktm/fs/samplefs/day3/samplefs.ko
license:        GPL
srcversion:     A7EB3525B6F9C78912A2FDE
depends:
vermagic:       4.6.0-rc3+ SMP mod_unload modversions
parm:           sample_parm:An example parm. Default: x Range: y to z (int)

Day3 的代码演示了在 /proc/fs/samplefs/DebugData 打印 debug 信息的方式，

$ cat /proc/fs/samplefs/DebugData
Display Debugging Information
-----------------------------

我们利用 perf-tools 的 kprobe 可以查看该文件的 open 的 backtrace，

$ sudo ./kprobe -s 'p:myprobe single_open'
Tracing kprobe myprobe. Ctrl-C to end.
             cat-25939 [000] d... 297059.599989: myprobe: (single_open+0x0/0xb0)
             cat-25939 [000] d... 297059.600000: <stack trace>
 => proc_reg_open
 => do_dentry_open
 => vfs_open
 => path_openat
 => do_filp_open
 => do_sys_open
 => SyS_open
 => do_syscall_64
 => return_from_SYSCALL_64
^C
Ending tracing...

也可以查看 samplefs_debug_data_proc_show 的 backtrace，

$ sudo ./kprobe -s 'p:myprobe samplefs_debug_data_proc_show'
Tracing kprobe myprobe. Ctrl-C to end.
             cat-25930 [000] d... 296975.005899: myprobe: (samplefs_debug_data_proc_show+0x0/0x20 [samplefs])
             cat-25930 [000] d... 296975.005915: <stack trace>
 => proc_reg_read
 => __vfs_read
 => vfs_read
 => SyS_read
 => do_syscall_64
 => return_from_SYSCALL_64
^C
Ending tracing...