Linux內核調試技術之自構proc

1、簡介

在上一篇中，在內核中使用printk可以講調試信息保存在log_buf緩沖區中，可以使用命令 #cat /proc/kmsg 將緩沖區的數區的數數據打印出來,今天我們就來研究一下，自己寫kmsg這個文件，我們取名叫做 mymsg。

2、查看內核中 /proc/kmsg怎麼寫的！

在Proc_misc.c (fs\proc) 文件中：

void __init proc_misc_init(void)
{
    .........................
        struct proc_dir_entry *entry;
        //這裡創建了一個proc入口kmsg
        entry = create_proc_entry("kmsg", S_IRUSR, &proc_root);
        if (entry)
　　　　　　　/*構造一個proc_fops結構*/
 　　　　　　entry->proc_fops = &proc_kmsg_operations;
　　......................... 
}

在Kmsg.c (fs\proc) 文件中：

const struct file_operations proc_kmsg_operations = {
    .read        = kmsg_read,
    .poll        = kmsg_poll,
    .open        = kmsg_open,
    .release    = kmsg_release,
};

在用戶空間中使用 cat /proc/kmsg的時候，會調用kmsg_open，在調用kmsg_read函數，讀取log_buf中的數據，拷貝到用戶空間顯示。

3、在寫之前，我們需要來學習一下循環隊列

　　信息來源：（http://blog.sina.com.cn/s/blog_8b200d440100xsug.html）

　　 環形隊列是在實際編程極為有用的數據結構，它有如下特點。

它是一個首尾相連的FIFO的數據結構，采用數組的線性空間，數據組織簡單，能很快知道隊列是否滿為空。能以很快速度的來存取數據。 因為有簡單高效的原因，甚至在硬件都實現了環形隊列。 環形隊列廣泛用於網絡數據收發，和不同程序間數據交換（比如內核與應用程序大量交換數據，從硬件接收大量數據）均使用了環形隊列。

3.1.環形隊列實現原理

　　 內存上沒有環形的結構，因此環形隊列實上是數組的線性空間來實現。那當數據到了尾部如何處理呢？它將轉回到0位置來處理。這個的轉回是通過取模操作來執行的。 因此環列隊列的是邏輯上將數組元素q[0]與q[MAXN-1]連接，形成一個存放隊列的環形空間。 為了方便讀寫，還要用數組下標來指明隊列的讀寫位置。head/tail.其中head指向可以讀的位置，tail指向可以寫的位置。

環形隊列的關鍵是判斷隊列為空，還是為滿。當tail追上head時，隊列為滿時，當head追上tail時，隊列為空。但如何知道誰追上誰。還需要一些輔助的手段來判斷.

如何判斷環形隊列為空，為滿有兩種判斷方法。 一.是附加一個標志位tag 當head趕上tail，隊列空，則令tag=0,
當tail趕上head，隊列滿，則令tag=1, 二.限制tail趕上head，即隊尾結點與隊首結點之間至少留有一個元素的空間。 隊列空： head==tail
隊列滿： (tail+1)% MAXN ==head

4、程序編寫

#include <linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/init.h>
#include<linux/delay.h>
#include<asm/uaccess.h>
#include<asm/irq.h>
#include<asm/io.h>
#include<asm/arch/regs-gpio.h>
#include<asm/hardware.h>
#include<linux/proc_fs.h>

#define MYLOG_BUF_LEN 1024
static char mylog_buf[MYLOG_BUF_LEN];
static char tmp_buf[MYLOG_BUF_LEN];
static int mylog_r = 0;
static int mylog_w = 0;
static int mylog_r_tmp = 0;

/*休眠隊列初始化*/
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(mymsg_waitq);

/*
*判斷環形隊列是否為空
*返回0:表示不空 返回1:表示空
*/
static int is_mylog_empty(void)
{
return (mylog_r == mylog_w);
}

/*
*判斷環形隊列是否滿
*返回0:表示不滿 返回1:表示滿
*/
static int is_mylog_full(void)
{
return((mylog_w + 1)% MYLOG_BUF_LEN == mylog_r);
}

/*
*在讀取的時候，判斷環形隊列中數據是否為空
*返回0:表示不空 返回1:表示空
*/
static int is_mylog_empty_for_read(void)
{
return (mylog_r_tmp == mylog_w);
}

/*
*往循環隊列中存字符
*輸入:c字符 單位:1byte
*輸出:無
*/
static void mylog_putc(char c)
{

if(is_mylog_full())
{
/*如果檢測到隊列已經滿了，則丟棄該數據*/
mylog_r= (mylog_r + 1) % MYLOG_BUF_LEN;

/*mylog_r_tmp不能大於mylog_r*/
if((mylog_r_tmp + 1)% MYLOG_BUF_LEN == mylog_r)
mylog_r_tmp= mylog_r;

}
mylog_buf[mylog_w]= c;
/*當mylog_w=1023的時候 (mylog_w+1) % MYLOG_BUF_LEN =0,回到隊列頭，實現循環*/
mylog_w= (mylog_w + 1) % MYLOG_BUF_LEN;
/* 喚醒等待數據的進程*/
wake_up_interruptible(&mymsg_waitq);
}

/*
*從循環隊列中讀字符
*輸入:*p 單位:1byte
*輸出:1表示成功
*/
static int mylog_getc(char *p)
{
/*判斷數據是否為空*/
if (is_mylog_empty_for_read())
{
return 0;
}
*p = mylog_buf[mylog_r_tmp ];
mylog_r_tmp = (mylog_r_tmp + 1) % MYLOG_BUF_LEN;
return 1;
}

/*
*調用myprintk，和printf用法相同
*/
int myprintk(const char *fmt, ...)
{
va_list args;
int i;
int j;

va_start(args, fmt);
i= vsnprintf(tmp_buf, INT_MAX, fmt, args);
va_end(args);

for (j = 0; j < i; j++)
mylog_putc(tmp_buf[j]);

return i;
}


static ssize_t mymsg_read(struct file *file, char __user *buf,
size_t count, loff_t*ppos)
{
int error=0;
size_t i=0;
char c;
/* 把mylog_buf的數據copy_to_user, return*/

/*非阻塞 和 緩沖區為空的時候返回*/
if ((file->f_flags & O_NONBLOCK) && is_mylog_empty())
return -EAGAIN;

/*休眠隊列wait_event_interruptible(xxx,0)-->休眠*/
error= wait_event_interruptible(mymsg_waitq, !is_mylog_empty_for_read());

/* copy_to_user*/
while (!error && (mylog_getc(&c)) && i < count) {
error= __put_user(c, buf);
buf++;
i++;
}
if (!error)
error= i;
/*返回實際讀到的個數*/
return error;
}

static int mymsg_open(struct inode * inode, struct file * file)
{
mylog_r_tmp= mylog_r;
return 0;
}


const struct file_operations proc_mymsg_operations = {
.read= mymsg_read,
.open= mymsg_open,
};
static int mymsg_init(void)
{
struct proc_dir_entry *myentry; kmsg
myentry= create_proc_entry("mymsg", S_IRUSR, &proc_root);
if (myentry)
myentry->proc_fops = &proc_mymsg_operations;
return 0;
}

static void mymsg_exit(void)
{
remove_proc_entry("mymsg", &proc_root);
}

module_init(mymsg_init);
module_exit(mymsg_exit);

/*聲名到內核空間*/
EXPORT_SYMBOL(myprintk);

MODULE_LICENSE("GPL");

5、測試程序

注意:在上面程序中 使用了 EXPORT_SYMBOL(myprintk);意思是把myprintk可以在整個內核空間使用。

使用方法：①extern int myprintk(const char *fmt, ...);聲明

　　　　 ② myprintk("first_drv_open : %d\n", ++cnt);使用

#include <linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/init.h>
#include<linux/delay.h>
#include<asm/uaccess.h>
#include<asm/irq.h>
#include<asm/io.h>
#include<asm/arch/regs-gpio.h>
#include<asm/hardware.h>

static struct class *firstdrv_class;
static struct class_device *firstdrv_class_dev;

volatile unsigned long *gpfcon = NULL;
volatile unsigned long *gpfdat = NULL;

extern int myprintk(const char *fmt, ...);

static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
static int cnt = 0;
myprintk("first_drv_open : %d\n", ++cnt);
/* 配置GPF4,5,6為輸出*/
*gpfcon &= ~((0x3<<(4*2)) | (0x3<<(5*2)) | (0x3<<(6*2)));
*gpfcon |= ((0x1<<(4*2)) | (0x1<<(5*2)) | (0x1<<(6*2)));
return 0;
}

static ssize_t first_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos)
{
int val;
static int cnt = 0;

myprintk("first_drv_write : %d\n", ++cnt);

copy_from_user(&val, buf, count); // copy_to_user();

if (val == 1)
{
// 點燈
*gpfdat &= ~((1<<4) | (1<<5) | (1<<6));
}
else
{
// 滅燈
*gpfdat |= (1<<4) | (1<<5) | (1<<6);
}

return 0;
}

static struct file_operations first_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 這是一個宏，推向編譯模塊時自動創建的__this_module變量*/
.open = first_drv_open,
.write = first_drv_write,
};


int major;
static int first_drv_init(void)
{
myprintk("first_drv_init\n");
major= register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops); // 注冊, 告訴內核

firstdrv_class= class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");

firstdrv_class_dev= class_device_create(firstdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz"); /* /dev/xyz*/

gpfcon= (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
gpfdat= gpfcon + 1;

return 0;
}

static void first_drv_exit(void)
{
unregister_chrdev(major,"first_drv"); // 卸載

class_device_unregister(firstdrv_class_dev);
class_destroy(firstdrv_class);
iounmap(gpfcon);
}

module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);


MODULE_LICENSE("GPL"); View Code

6、在tty中測試效果

# insmod my_msg.ko # insmod first_drv.ko # cat /proc/mymsg mymsg_open mylog_r_tmp=0 first_drv_init

成功!!!

感謝韋東山老師！！！！