杭电操作系统实验二---linux内核模块编译（完整实验报告）
一 题目介绍
题目内容：
（1）当模块被载入内核时会向系统日志文件中写入“hello,world”；当被卸载时，会向系统写入“goodbye”。
（2）设计一个模块，要求列出系统中所有内核线程的程序名、PID、进程状态、进程优先级、父进程的PID。
（3）设计一个带参数的模块，其参数为某个进程的PID号，模块的功能是列出该进程的家族信息，包括父进程、兄弟进程和子进程的程序名、PID号及进程状态。
二 实验思路
三 遇到问题及解决方法
一开始使用for_each_process(p)来找到与用户输入pid相匹配的进程，并且通过判断state是否为空来判断pid是否存在，虽然最后结果正确，但是make的时候对p->state==NULL中的”==”报错
使用实验一中pid_task(find_get_pid(pid),PIDTYPE_PID);来找到task_struct，然后通过判断p是否是否指向空来判断pid是否存在。
四 核心代码及实验结果展示
- 实验一
在home文件夹中创建hello文件夹，新建myhello.c和Makefile
myhello.c
#include<linux/init.h>#include<linux/module.h>#include<linux/kernel.h>static int hello_init(void){printk(KERN_ALERT"hello,word\n");return 0;}static void hello_exit(void){printk(KERN_ALERT"goodbye\n");}module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);MODULE_LICENSE("GPL");Makefile
obj-m :=hello.ohello-objs:=myhello.oKDIR :=/lib/modules/$(shell uname -r)/buildPWD :=$(shell pwd)default:/*-C指定内核源码目录，M指定模块源码所在目录*/make -C $(KDIR) M=$(PWD) modulesclean:make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean进入hello文件夹，输入make
输入sudo insmod ./hello.ko加载模块命令
输入lsmod查看模块是否被编译
输入dmesg查看是否在日志输出
输入sudo rmmod hello卸载模块
输入dmesg查看结果
- 实验二
在home文件中新建process文件夹，新建module1.c和Makefile文件
module1.c
#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/sched.h>#include <linux/init_task.h>static int hello_init(void){struct task_struct *p;/*进程描述符指针p*/p=&init_task;/*p指向init_task内核中init_task变量就是是进程0（调度程序）使用的进程描述符，也是Linux系统中第一个进程描述符，贯穿于整个Linux系统的初始化过程，所以不可能不存在*/printk(KERN_ALERT"名称\t进程号\t状态\t优先级\t父进程号\t");/*#define KERN_EMERG KERN_SOH "0" /*系统无法使用*/#define KERN_ALERT KERN_SOH "1" /*必须马上输出*/#define KERN_CRIT KERN_SOH "2" /*临界*/#define KERN_ERR KERN_SOH "3" /*错误*/#define KERN_WARNING KERN_SOH "4" /*警告*/#define KERN_NOTICE KERN_SOH "5" /*正常但重要*/#define KERN_INFO KERN_SOH "6" /*信息*/#define KERN_DEBUG KERN_SOH "7" /*调试级别信息*/*/for_each_process(p)/* for_each_process是宏循环控制语句，内核开发者可它扫描整个进程链表。#define for_each_process(p) \for (p = &init_task ; (p = next_task(p)) != &init_task ; )一直循环下去，直到再次碰上init_task为止，因为循环链表*/{if(p->mm == NULL){/* mm是指向被映射的用户地址空间的内存管理结构的指针struct mm_struct *mm, *active_mm;#ifdef CONFIG_COMPAT_BRKunsigned brk_randomized:1;#endif#if defined(SPLIT_RSS_COUNTING)struct task_rss_stat rss_stat;#endif内核进程始终在内核空间运行，从来不切换到用户空间去，所以没有用户态地址空间，所以它们的mm成员总是为NULL*/printk(KERN_ALERT"%s\t%d\t%ld\t%d\n",p->comm,p->pid, p->state,p->normal_prio,p->parent->pid);/*struct task_struct {volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */int prio, static_prio, normal_prio;pid_t pid;char comm[TASK_COMM_LEN]; /* executable name excluding path */…};相应的程序名char common[TASK_COMM_LEN]进程标识符pid_t pid进程状态volatile long state常规静态优先级int normal_prio*/}}return 0;}// 清理函数static void hello_exit(void){printk(KERN_ALERT"goodbye~\n");}// 函数注册module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); // 模块许可申明MODULE_LICENSE("GPL");Makefile
obj-m:=module1.oKDIR:= /lib/modules/$(shell uname -r)/buildPWD:= $(shell pwd)all:default testdefault:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules clean:@sudo rmmod module1$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean@dmesg | tail -10test:/*清除原有信息*/@sudo dmesg -C@sudo insmod module1.ko@dmesg在cd process进入process文件夹
输入make
检验：输入ps -u root查看root用户的进程
经检查与结果一致
输入make clean
- 实验三
#include <linux/kernel.h>#include <linux/sched.h>#include <linux/module.h>#include <linux/init.h>#include <linux/moduleparam.h>#include <linux/sched/signal.h>/*在使用宏之前，先声明无符号变量*/static unsigned int pid;/*module_param(name,type,perm)name既是用户看到的参数名，有事模块内接收参数的变量type表示数据的类型，例如：int,double,bool,unit...perm对于全局可读的变量为0444，对于根目录可写为0644。*/module_param(pid, uint, 0644);static int list_init(void){/*parent 指向其父进程children 表示当前进程的子进程sibling 表示当前进程的链表*//*定义类型为结构体的指针*/struct task_struct *p;struct task_struct *parent;struct task_struct *children;struct task_struct *sibling;struct list_head *list;p=NULL;/*根据进程号pid得到进程描述符struct pidstruct pid *find_get_pid(pid_t nr){struct pid *pid;rcu_read_lock();/*读端临界区，阻塞写者*/pid = get_pid(find_vpid(nr));/*find_vpid(nr)根据nr也就是namespace下的局部pid找到对应的struct pid结构体get_pid 将struct pid结构体中的count字段（记录被使用的次数）加1 后，返回struct pid*/rcu_read_unlock();/*写者可以进行下一步操作*/return pid;}pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type) PIDTYPE_PID是enum pid_type type中进程的进程号，返回进程的task_struct */p=pid_task(find_get_pid(pid),PIDTYPE_PID);if(p==NULL)printk(KERN_ALERT"Pid does not exit\n");else{parent=p->parent;printk(KERN_ALERT"This is parent:\n");printk(KERN_ALERT"程序名\t\tPID号\t进程状态\t优先级\n");printk(KERN_ALERT"%-10s\t%5d\t%ld\t\t%d\n",parent->comm, parent->pid, parent->state, parent->prio);/*sibling.next指向进程的下一个兄弟进程的进程描述符sibling成员，若其后没有其他兄弟进程，则指向父进程sibling.prev指向进程的上一个兄弟进程，若其之前没有兄弟进程，则指向父进程children.next指向父进程的第一个子进程的sibling成员（而不是children成员！）children.prev指向父进程的最后一个子进程的sibling成员。*/printk(KERN_ALERT"This is sibling:");printk(KERN_ALERT"程序名\t\tPID号\t进程状态\t优先级\n");/*遍历兄弟进程*//*#define list_for_each(pos,head)\for(pos=(head)->next;pos!=(head);pos=pos->next)pos是指向list_head的指针，用来具体地对每一个list_head进行操作*/list_for_each(list,&parent->children){/*#define list_entry(ptr,type,member)\container_of(ptr,type,member)#define container_of(ptr,type,member)({\const typeof( ((type *)0)->member)*_mptr=(ptr);(type *)( (char *)_mptr - offsetof(type,member));}offsetof获得该成员变量基于其包含体地址的偏移量ptr指向该数据存储在链表中的地址值type是数据项的类型member是数据项类型定义中list_head成员的变量名计算tpye结构体中成员member在结构体中的偏移量，然后用ptr的值减去这个偏移量，就得出type数据结构的首地址*/sibling=list_entry(list,struct task_struct,sibling);printk(KERN_ALERT"%-10s\t%5d\t%ld\t\t%d\n", sibling->comm, sibling->pid, sibling->state, sibling->prio);}printk(KERN_ALERT"This is children:\n");printk(KERN_ALERT"程序名\t\tPID号\t进程状态\t优先级\n");/*遍历子进程*/list_for_each(list,&p->children){children=list_entry(list,struct task_struct,sibling);printk(KERN_ALERT"%-10s\t%5d\t%ld\t\t%d\n", children->comm, children->pid, children->state, children->prio);}}return 0;}static void list_exit(void){printk(KERN_ALERT"goodbye~\n");}module_init(list_init);module_exit(list_exit);MODULE_LICENSE("GPL");Makefile
obj-m := list.oKDIR := /lib/modules/`uname -r`/buildPWD := $(shell pwd)default:sudo make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules@sudo dmesg -Cclean:- sudo rmmod listsudo make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
pid不存在
五 个人实验改进与总结
5.1 个人实验改进
通过遍历所有进程for_each_process(p)检查每个进程的pid是否和用户输入的pid相同，若找到pid相同的进程则输出此进程的父进程、兄弟进程、子进程，然后退出遍历。
5.2 个人实验总结
所有进程都是pid为1的init进程的后代。
结构体list_head包含两个指针成员：next，prev。这两个指针成员都是list_head类型，以此构成链表。实际应用中，list_head结构体往往实例化为其他结构体的成员，例如task_struct中的children，sibling。
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