Linux内核调试技术之自构proc

1、简介

在内核中使用printk可以讲调试信息保存在log_buf缓冲区中，可以使用命令 #cat /proc/kmsg 将缓冲区的数区的数数据打印出来,今天我们就来研究一下，自己写kmsg这个文件，我们取名叫做 mymsg。

2、查看内核中 /proc/kmsg怎么写的!

在Proc_misc.c (fs\proc) 文件中：

void __init proc_misc_init(void){ 
    ......................... 
        struct proc_dir_entry *entry; 
        //这里创建了一个proc入口kmsg 
        entry = create_proc_entry("kmsg", S_IRUSR, &proc_root); 
        if (entry)　　　　　　　/*构造一个proc_fops结构*/ 
 　　　　　　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,};  

在用户空间中使用 cat /proc/kmsg的时候，会调用kmsg_open，在调用kmsg_read函数，读取log_buf中的数据，拷贝到用户空间显示。

3、在写之前，我们需要来学习一下循环队列

环形队列是在实际编程极为有用的数据结构，它有如下特点：

• 它是一个首尾相连的FIFO的数据结构，采用数组的线性空间，数据组织简单，能很快知道队列是否满为空。能以很快速度的来存取数据。
• 因为有简单高效的原因，甚至在硬件都实现了环形队列。
• 环形队列广泛用于网络数据收发，和不同程序间数据交换(比如内核与应用程序大量交换数据，从硬件接收大量数据)均使用了环形队列。

3.1.环形队列实现原理

内存上没有环形的结构，因此环形队列实上是数组的线性空间来实现。那当数据到了尾部如何处理呢?它将转回到0位置来处理。这个的转回是通过取模操作来执行的。

因此环列队列的是逻辑上将数组元素q[0]与q[MAXN-1]连接，形成一个存放队列的环形空间。

为了方便读写，还要用数组下标来指明队列的读写位置。head/tail.其中head指向可以读的位置，tail指向可以写的位置。 

[[181482]] 

环形队列的关键是判断队列为空，还是为满。当tail追上head时，队列为满时，当head追上tail时，队列为空。但如何知道谁追上谁。还需要一些辅助的手段来判断.

如何判断环形队列为空，为满有两种判断方法。

(1)是附加一个标志位tag

当head赶上tail，队列空，则令tag=0,

当tail赶上head，队列满，则令tag=1,

(2)限制tail赶上head，即队尾结点与队首结点之间至少留有一个元素的空间。

队列空： head==tail

队列满： (tail+1)% MAXN ==head 

4、程序编写

#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; 
 
/*休眠队列初始化*/ 
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(mymsg_waitq); 
 
/* 
*判断环形队列是否为空 
*返回0:表示不空  返回1:表示空 
*/ 
static int is_mylog_empty(void) 
{ 
   return (mylog_r == mylog_w); 
} 
 
/* 
*判断环形队列是否满 
*返回0:表示不满  返回1:表示满 
*/ 
static int is_mylog_full(void) 
{ 
   return((mylog_w + 1)% MYLOG_BUF_LEN == mylog_r); 
} 
 
/* 
*在读取的时候，判断环形队列中数据是否为空 
*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); 
} 
 
/* 
*往循环队列中存字符 
*输入:c字符 单位:1byte 
*输出:无 
*/ 
static void mylog_putc(char c) 
{ 
 
   if(is_mylog_full()) 
    { 
       /*如果检测到队列已经满了，则丢弃该数据*/ 
        mylog_r= (mylog_r + 1) % MYLOG_BUF_LEN; 
         
       /*mylog_r_tmp不能大于mylog_r*/ 
        if((mylog_r_tmp + 1)% MYLOG_BUF_LEN == mylog_r) 
            mylog_r_tmp= mylog_r; 
         
    } 
    mylog_buf[mylog_w]= c; 
   /*当mylog_w=1023的时候 (mylog_w+1) % MYLOG_BUF_LEN =0,回到队列头，实现循环*/ 
    mylog_w= (mylog_w + 1) % MYLOG_BUF_LEN; 
   /* 唤醒等待数据的进程*/     
    wake_up_interruptible(&mymsg_waitq);   
} 
 
/* 
*从循环队列中读字符 
*输入:*p 单位:1byte 
*输出:1表示成功 
*/ 
static int mylog_getc(char *p) 
{ 
   /*判断数据是否为空*/ 
    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; 
} 
 
/* 
*调用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的数据copy_to_user, return*/ 
 
    /*非阻塞 和 缓冲区为空的时候返回*/ 
    if ((file->f_flags & O_NONBLOCK) && is_mylog_empty()) 
       return -EAGAIN; 
     
   /*休眠队列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; 
   /*返回实际读到的个数*/ 
    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); 
 
/*声名到内核空间*/ 
EXPORT_SYMBOL(myprintk); 
 
MODULE_LICENSE("GPL");  

5、测试程序

注意:在上面程序中 使用了 EXPORT_SYMBOL(myprintk);意思是把myprintk可以在整个内核空间使用。

使用方法：

①extern int myprintk(const char *fmt, ...);声明

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为输出*/ 
    *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) 
    { 
       // 点灯 
        *gpfdat &= ~((1<<4) | (1<<5) | (1<<6)); 
    } 
   else 
    { 
       // 灭灯 
        *gpfdat |= (1<<4) | (1<<5) | (1<<6); 
    } 
     
   return 0; 
} 
 
static struct file_operations first_drv_fops = { 
    .owner =  THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量*/ 
    .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); // 注册, 告诉内核 
 
    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"); // 卸载 
 
    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");  

6、在tty中测试效果

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