java 试卷.docx

电子与信息工程学院 题目 LINUX操作系统内核编译 姓 名 孟长庚 学 号 20111309031 专 业 信息工程11级1班 指导老师 杜景林 二一四年 一月 一 日目录1课程设计简介31.1 课程设计的目的31.2 相关原理介绍31.3Linux内核模块程序结构31.4内核模块的编译32 设计实现42.1内核线程查看 42.2带参模块的实现42.3 Makefile文件的编写53测试总结63.1内核线程查看测试63.2带参模块的实现测试74 总结9一课程设计简介1.1 课程设计目的实现内核编译相关操作1.2 相关原理介绍内核，是一个操作系统的核心。它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。Linux的一个重要的特点就是其源代码的公开性， Linux修补漏洞速度快以及对最新软件技术的利用方便，而Linux的内核则是这些特点的最直接的代表。拥有了内核的源程序我们可以了解系统是如何工作的，通过通读源代码，我们就可以了解系统的工作原理。其次，我们可以针对自己的情况，量体裁衣，定制适合自己的系统，当然这样就需要重新编译内核。在不需要对内核进行重新编译的情况下，内核模块可以动态的载入内核或从内核移出改变内核，极大缩短了驱动编写和内核开发的时间。1.3 Linux内核模块程序结构一个Linux内核模块主要由如下几个部分组成：(1) 模块加载函数通过insmod或modprobe命令加载内核模块时，模块的加载函数会自动被内核执行，完成本模块的相关初始化工作。(2) 模块卸载函数当通过rmmod命令卸载某模块时，模块的卸载函数会自动被内核执行，完成与模块加载函数相反的功能。(3) 模块许可证声明许可证（LICENSE）声明描述内核模块的许可权限，这一部分是必须声明的，如果不声明LICENSE，模块被加载时，将收到内核被污染（module license unspecified taints kernel）的警告。在Linux 2.6内核中，可接受的LICENSE有“GPL”、“GPL v2”、“GPL and additional rights”、“Dual BSD/GPL”、“Dual MPL/GPL”和“Proprietary”。大多数情况下，内核模块应遵循GPL兼容许可权。其中最常用的许可是GPL和DualBSD/GPL。(4) 其他可选部分模块参数，模块参数是模块被加载的时候可以被传递给它的值，它本身对应模块内部的全局变量；模块导出符号，内核模块可以导出符号（symbol，对应于函数或变量），这样其它模块可以使用本模块中的变量或函数；模块作者等信息声明。1.4 内核模块的编译在Linux 2.6内核中，模块的编译需要配置过的内核源代码；编译过程首先回到内核目录下读取顶层的Makefile文件，然后返回模块源码所在目录，经过编译、链接后生成的内核模块文件的后缀为.ko。故内核模块的编译需要自己写Makefile文件，当在命令行中执行make命令时，将调用Makefile文件。二设计实现21 内核线程查看设计一个模块，该模块功能是列出系统中所有内核线程的程序名、PID号和进程状态。该内核模块的功能类似于命令ps，只不过该模块专查看内核线程信息。首先在文件开始声明一下模块的许可证，即在文件中加入：MODULE_LICENSE(GPL);根据内核模块编程的模式，一个内核模块应该至少包含两个函数。一个初始化函数 ，还有一个退出(干一些收尾清理的工作)的函数，当内核模块被rmmod卸载时被执行。从内核版本2.3.13开始，可以为初始化和结束函数起任意的名字。 在该模块内。两个函数分别命名为：static int kernel_thread_init(void)和static void kernel_thread_exit(void)。调用宏module_init()和module_exit()去注册初始化和退出这两个函数，即：module_init(kernel_thread_init);module_exit(kernel_thread_exit);到此内核模块基本框架基本完成。为了获取到所有的内核线程，可以使用宏for_each_process()。在内核中有内核线程组长链表，每个线程组长通过task_struc结构的tasks成员加入该链表中。利用for_each_process()可以访问到链表中的每一个进程。具体实现如下：struct task_struct *p;for_each_process(p) /相关函数及操作对遍历到的每一个线程，读取它的线程号、线程名称以及线程状态并输出。当线程状态为0时输出runnale，为-1时输出unrunnable，为其他时则输出stopped。在这里输出函数并不能使用printf，printf是用户空间的输出函数，内核空间使用的是printk，因为内核没有链接标准的C 函数库。而实际上printk和printf的功能类似，printk是在内核中运行的向控制台输出显示的函数。printk日志输出的级别一共有8个，由高到低分别为：KERN_EMERG、KERN_ALERT、KERN_CRIT、KERN_ERR、KERN_WARNING、KERN_NOTICE、KERN_INFO、KERN_DEBUG，默认采用的级别是 DEFAULT_ MESSAGE_LOGLEVEL（这个默认级别一般为,即与KERN_WARNING在一个级别上）。22 带参模块的实现设计一个带参数的模块，参数为进程的PID号，功能是列出进程的家族信息，包括父进程、兄弟进程和子进程的程序名、PID号。该模块的基本框架和上一个模块类似，声明模块许可证，注册初始化和结束函数。不同之处是在该模块中涉及到了模块参数。在Linux操作系统内核中提供了一种模块带参数的机制，是模块的编写者可以在加载模块的时候提供一下信息，这些参数对于模块来说都是一个全局变量。定义一个模块参数可通过module_param()实现：module_param(name，type，perm);参数name是用户可见的参数名，也是模块中存放模块参数的变量名。参数type代表参数的类型，它可以是byte、short、int、long等类型。最后一个参数perm制定了模块在sysfs文件系统下对应的文件权限，可以使八进制的，也可以是S_Ifoo的定义形式，如S_RUGO|S_IWUSR等。在该模块中，定义一个进程的PID作为参数，以实现任意进程家族信息的查询，默认进程号为1，即在不添加参数情况下查看进程号为1的进程家族信息，具体实现如下：static int pid=1;module_param(pid,int,0644);为找到指定PID的进程，可以使用for_each_process(p)遍历内核所有进程，查找进程号为PID的进程。找到具体进程后，获取进程的名称。接下来判断进程的父进程是否存在，若存在，在输出父进程信息：if(p-real_parent=NULL) printk(No Parentn); else printk(Parent : %d %sn,p-real_parent-pid,p-real_parent-comm);下一步就是该搜索线程号为PID线程的兄弟进程及子进程。在Linux中采用多个链表确保有效查找系统里的进程，双向链表list_head内核中广泛的使用。因为list_head一般嵌入到啮合数据结构中，为了便于访问链表中的数据，内核提供了一系列的宏来实现链表的常规操作2。在这里使用list_for_each()和list_entry()来实现兄弟进程和子进程的查找。在上一步中得到了要查找的进程，可以由此进程得到他父进程的所有子进程组成的链表p-real_parent-children和此进程子进程的链表p-children。定义一个list_head结构体用于list_entry()中：struct list_head *pp;宏list_for_each(pp,&p-real_parent-children)遍历p-real_parent-children链表，每次pp指向一个对象成员，而宏list_entry(pp,struct task_struct,sibling);进一步得到该对象的指针。具体实现兄弟进程和子进程遍历如下：struct task_struct *p,*psibling;list_for_each(pp,&p-real_parent-children) psibling=list_entry(pp,struct task_struct,sibling); printk(sibling %d %s n,psibling-pid,psibling-comm);list_for_each(pp,&p-children) psibling=list_entry(pp,struct task_struct,sibling); printk(children %d %s n,psibling-pid,psibling-comm);上述过程将输出得到的兄弟进程和子进程的pid号和进程名称。23 Makefile文件的编写Make工具最主要也是最基本的功能就是通过makefile文件来描述源程序之间的相互关系并自动维护编译工作。而makefile 文件需要按照某种语法进行编写，文件中需要说明如何编译各个源文件并连接生成可执行文件，并要求定义源文件之间的依赖关系。makefile 文件是许多编译器-包括 Windows NT 下的编译器-维护编译信息的常用方法，只是在集成开发环境中，用户通过友好的界面修改 makefile 文件而已。在Linux内核模块编程中，Makefile文件模版都类似，具体结构如下：ifneq ($(KERNELRELEASE),)obj-m :=目标文件.oelseKDIR :=/lib/modules/$(shell uname -r)/buildPWD :=$(shell pwd)default:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modulesclean:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) cleanendifKERNELRELEASE是在内核源码的顶层Makefile中定义的一个变量，在第一次读取执行此Makefile时，KERNELRELEASE没有被定义，所以make将读取执行else之后的内容。如果make的目标是clean，直接执行clean操作，然后结束。当make的目标为all时，-C $(KDIR) 指明跳转到内核源码目录下读取那里的Makefile；M=$(PWD)表明然后返回到当前目录继续读入、执行当前的Makefile。当从内核源码目录返回时，KERNELRELEASE已被被定义，此时第一行的ifneq成功，make将继续读取else之前的内容。ifneq的内容为kbuild语法的语句，指明模块源码中各文件的依赖关系，以及要生成的目标模块名。三 测试总结3.1内核线程查看测试(1) 切换到内核模块所在路径kernel_threads，在命令行中输入make，得到如下结果：(2) 输入ls 列出当前目录文件，可以看已生成kernel_threads.ko文件(3) 用命令insmod kernel_threads.ko载入模块,并用lsmod查看模块是否已载入,由下图结果看以看到内核已经被载入。(4) 此时在控制台无法看到内核模块输出的信息，可以用dmesg查看内核输出信息，可以看到内核已经将搜索到的内核线程信息输出。(5) 最后用命令rmmod kernel_threads.ko将已加载的内核卸载32 带参模块的实现测试(1) 切换到内核模块所在路径thread_pid，在命令行中输入make，得到如下结果：(2) 输入ls 列出当前目录文件，可以看已生成thread_pid.ko文件(3) 用命令insmod thread_pid.ko载入模块,并用lsmod查看模块是否已载入,由下图结果看以看到内核已经被载入。(4) 此时在控制台无法看到内核模块输出的信息，可以用dmesg查看内核输出信息，可以看到内核已经将搜索到的内核线程信息输出。(5) 最后用命令rmmod thread_pid.ko将已加载的内核卸载四 总结Linux模块是在内核空间运行的程序，实际上是一种目标对象文件，没有链接，不能独立运行，但是可以装载到系统中作为内核的一部分运行，从而可以动态扩充内核的功能。Linux提供了内核模块这种功能强大的扩展方式，它不仅弥补了单内核的一些不足，而且对性能没有影响。通过内核模块机制，可以方便的进行内核开发和驱动开发，而事实上Linux中大多数驱动和文件系统都是已内核模块方式实现的。在内核模块机制下，可以随时在需要的情况下加载新的内核模块，而不需要重新编译内核和引导系统。当内核被加载到系统中时，他就成为内核源