Ори Померанц - Энциклопедия разработчика модулей ядра Linux

• Название: Энциклопедия разработчика модулей ядра Linux
• Автор: Ори Померанц
• Жанр: Программирование

Linux Kernel Module Programming Guide свободная книга; Вы можете воспроизводить и/или изменять ее в соответствии с версией 2 (или, в вашем случае, любой более поздней версией) GNU General Public License, опубликованной Free Software Foundation. Версия 2 поставляется с этим документом в Приложении E.

Эта книга распространяется в надежде, что будет полезна, но без какой-либо гарантии; даже без подразумеваемой гарантии высокого спроса или пригодности какой-либо для специфической цели.

Автор поощряет широкое распространение этой книги для персонального или коммерческого использования, если вышеупомянутое примечание относительно авторского права остается неповрежденным, и распространитель твердо придерживается условий GNU General Public License (см. Приложение E). Вы можете копировать и распространять эту книгу бесплатно или для получения прибыли. Никакое явное разрешение не требуется от автора для воспроизводства этой книги в любой среде, физической или электронной.

Обратите внимание, производные работы и переводы этого документа должны быть помещены согласно GNU General Public License, и первоначальное примечание относительно авторского права должно остаться неповрежденным. Если Вы пожертвовали новый материал этой книге, Вы должны сделать исходный текст доступным для ваших изменений. Пожалуйста делайте изменения и модификации, доступные непосредственно поддерживающему данный проект Ori Pomerantz. Он объединит модификации и обеспечит непротиворечивость изменений для всего Linux сообщества.

Если Вы планируете издавать и распространять эту книгу коммерчески, пожертвования, лицензионные платежи, и/или напечатанные копии будут высоко оценены автором и Linux Documentation Project (LDP). Содействие таким образом показывает вашу поддержку свободного программного обеспечения и Linux Documentation Project. Если Вы имеете вопросы или комментарии, пожалуйста войдите в контакт с автором по адресу, приведенному выше.

---

* we keep this, rather than call the original function

* (sys_open), is because somebody else might have

* replaced the system call before us. Note that this

* is not 100% safe, because if another module

* replaced sys_open before us, then when we're inserted

* we'll call the function in that module - and it

* might be removed before we are.

*

* Another reason for this is that we can't get sys_open.

* It's a static variable, so it is not exported. */

asmlinkage int (*original_call)(const char *, int, int);

/* For some reason, in 2.2.3 current->uid gave me

* zero, not the real user ID. I tried to find what went

* wrong, but I couldn't do it in a short time, and

* I'm lazy - so I'll just use the system call to get the

* uid, the way a process would.

*

* For some reason, after I recompiled the kernel this

* problem went away.

*/

asmlinkage int (*getuid_call)();

/* The function we'll replace sys_open (the function

* called when you call the open system call) with. To

* find the exact prototype, with the number and type

* of arguments, we find the original function first

* (it's at fs/open.c).

*

* In theory, this means that we're tied to the

* current version of the kernel. In practice, the

* system calls almost never change (it would wreck havoc

* and require programs to be recompiled, since the system

* calls are the interface between the kernel and the processes). */

asmlinkage int our_sys_open(const char *filename, int flags, int mode) {

 int i = 0;

 char ch;

 /* Check if this is the user we're spying on */

 if (uid == getuid_call()) {

  /* getuid_call is the getuid system call,

  * which gives the uid of the user who

  * ran the process which called the system

  * call we got */

  /* Report the file, if relevant */

  printk("Opened file by %d: ", uid);

  do {

#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)

   get_user(ch, filename+i);

#else

   ch = get_user(filename+i);

#endif

   i++;

   printk("%c", ch);

  } while (ch != 0);

  printk("\n");

 }

 /* Call the original sys_open - otherwise, we lose

 * the ability to open files */

 return original_call(filename, flags, mode);

}

/* Initialize the module - replace the system call */

int init_module() {

 /* Warning - too late for it now, but maybe for next time... */

 printk("I'm dangerous. I hope you did a ");

 printk("sync before you insmod'ed me.\n");

 printk("My counterpart, cleanup_module(), is even");

 printk("more dangerous. If\n");

 printk("you value your file system, it will ");

 printk("be \"sync; rmmod\" \n");

 printk("when you remove this module.\n");

 /* Keep a pointer to the original function in

 * original_call, and then replace the system call

 * in the system call table with our_sys_open */

 original_call = sys_call_table[__NR_open];

 sys_call_table[__NR_open] = our_sys_open;

 /* To get the address of the function for system

 * call foo, go to sys_call_table[__NR_foo]. */

 printk("Spying on UID:%d\n", uid);

 /* Get the system call for getuid */

 getuid_call = sys_call_table[__NR_getuid];

 return 0;

}

/* Cleanup - unregister the appropriate file from /proc */

void cleanup_module() {

 /* Return the system call back to normal */

 if (sys_call_table[__NR_open] != our_sys_open) {

  printk("Somebody else also played with the ");

  printk("open system call\n");

  printk("The system may be left in ");

  printk("an unstable state.\n");

 }

 sys_call_table[__NR_open] = original_call;

}

Отложенные процессы

Что Вы делаете, когда кто-то просит Вас о чем-то, что Вы не можете сделать сразу же? Если вы человек, и вы обеспокоены, единственное, что Вы можете сказать: «Не сейчас, я занят.». Но если вы модуль, Вы имеете другую возможность. Вы можете поместить процесс в спячку, чтобы он бездействовал, пока Вы не сможете обслужить его. В конце концов, процессы помещаются в спячку и пробуждаются ядром постоянно.

Этот модуль является примером этого подхода. Файл (названный /proc/sleep) может быть открыт только одним процессом сразу. Если файл уже открыт, модуль называет module_interruptible_sleep_on[7]. Эта функция изменяет состояние задачи (задача является структурой данных в ядре, которая хранит информацию относительно процесса и системного вызова) в состояние TASK_INTERRUPTIBLE, что означает, что задача не будет выполняться пока не будет пробуждена так или иначе, и добавляет процесс к WaitQ, очереди задач ждущих, чтобы обратиться к файлу. Затем функция обращается к планировщику за контекстным переключателем другого процесса, который может использовать CPU, то есть управление передается другому процессу.

Когда процесс закончит работу с файлом, тот закрывается, и вызывается module_close. Эта функция пробуждает все процессы в очереди (нет никакого механизма, чтобы пробудить только одни из них). Управление возвращается и процесс, который только закрыл файл, может продолжать выполняться. Планировщик решает, что тот процесс поработал достаточно и передает управление другому процессу. В конечном счете, один из процессов, который был в очереди, получит управление. Он продолжит выполнение с той точки, в которой был вызван module_interruptible_sleep_on[8]. Он может установить глобальную переменную, чтобы сообщить всем другим процессам, что файл является все еще открытым. Когда другие процессы получат часть времени CPU, они увидят глобальную переменную и продолжат спячку.

Чтобы сделать нашу жизнь более интересной, module_close не имеет монополии на пробуждение процессов которые ждут, чтобы обратиться к файлу. Сигнал Ctrl-C (SIGINT) может также пробуждать процесс[9]. В таком случае, мы хотим возвратить -EINTR немедленно. Это важно, так как пользователи могут, например, уничтожить процесс прежде, чем он получит доступ к файлу.

Имеется еще одна хитрость. Некоторые процессы не хотят спать: они хотят или получать то, что они хотят, немедленно или сообщить, что действие не может быть выполнено. Такие процессы используют флажок O_NONBLOCK при открытии файла. Ядро отвечает, возвращая код ошибки -EAGAIN из операций, которые иначе блокировали бы, типа открытия файла в этом примере. Программа cat_noblock, доступная в исходном каталоге для этой главы, может использоваться, чтобы открыть файл с флагом O_NONBLOCK.

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>

/* In 2.2.3 /usr/include/linux/version.h includes a

* macro for this, but 2.0.35 doesn't - so I add it

* here if necessary. */

#ifndef KERNEL_VERSION

#define KERNEL_VERSION(a,b,c) ((a)*65536+(b)*256+(c))

#endif

#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)

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

#endif

/* 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 */

 #if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)

static size_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 */

#else

 static int module_output(

 struct inode *inode, /* The inode read */

 struct file *file, /* The file read */

 char *buf, /* The buffer to put data to (in the user segment) */

 int len) /* The length of the buffer */

#endif

{

 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. */

#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)

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 */

#else

 static int module_input(

 struct inode *inode, /* The file's inode */

 struct file *file, /* The file itself */

 const char *buf, /* The buffer with the input */

 int length) /* The buffer's length */

#endif

{

 int i;

 /* Put the input into Message, where module_output

 * will later be able to use it */