PB173 - Ovladače jádra - Linux
II. Komunikace
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
23. 9. 2014
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      1 / 19
Důležité informace
• Kolokvium za DÚ
• DÚ do příštího cvičení
• Login/heslo
• vyvoj/vyvoj
• GIT: http://github.com/jirislaby/pbl73
• git pull --rebase
a Studijní materiály v ISu
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      2/ 19
Sekce 1
Komunikace jádro ^ uživatelský prostor
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      3/ 19
Komunikace I.
O Voláním funkce: systém call (syscall)
• Skok do jádra speciální instrukcí (x86_64: syscall)
• O skok se stará libc (f write^write^syscaii^instrukce)
• Drahá operace (přepnutí kontextu)
• Do registru se uloží číslo operace
• V jádře: tabulka číslo-funkce
• syscall(__NR_fork)
• Demo: Ixr ->•__NR_f ork; příklady
O Speciální syscall
• vdso.so
Každá nová funkcionalita = nový syscall
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      4/ 19
Úkol
V userspace: pomocí syscali vypsat nějakou informaci
O syscall a __NR_write
Je třeba znát prototypy funkcí.
• Většinou jsou dokumentované: man write
• Jinak použít Ixr
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      5/ 19
Komunikace II.
® Speciální soubory v /dev
0 Komunikace přes soubor (není nutný nový syscall)
• Seznam V Documentation/devices.txt a /proc/devices
• Identifikované jako major a minor čísla
• Většinou major=ovladač, minor=zanzení (tty: 4, 0-63)
• Blokové (disky apod.)
o Komunikace po blocích
• Nebudeme se jimi zabývat (popsány v LDD)
• Znakové (ostatní)
• Komunikace po znacích (bajtech)
• Viz následující slidy
O Sockety, roury, ...
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      6/ 19
Sekce 2
Znaková zařízení
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      7/ 19
Obsluhované funkce
struct file_operations (linux/fs.h)
• Funkce jako:
ssize_t (*write) (struct file *file, constchar_user *buf, size_t count, loff_t *offp)
• f iie->private_data slouží programátorovi (libovolně)
• of f p slouží programátorovi (k poznamenání průběhu)
•__user značí ukazatel od uživatele (POZOR tomu nevěříme)
a Návratové hodnoty
9 int - záporné = -Echyba, jinak 0
• ssize_t - záporné = -Echyba, jinak počet zpracovaných znaků
• Vždy podle standardu (např. POSIX)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      8/ 19
Úkol
O Najděte všechny možné funkce, které lze obsluhovat
• Najděte struct f ile_operations v Ixr a Projděte strukturu
Q Najděte možné chybové návratové hodnoty
• Najděte eperm v Ixr
• Projděte ostatní
• Podívejte se do man write na možné návratové hodnoty
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      9/ 19
Příklad operací
struct file_operations my_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = my_open, .write = my_write,
};
int my_open(struct inode *inode, struct file * filp ) { filp ->private_data = 3; return 0;
}
ssize_t my_write(struct file *filp, const char_user *buf, size_t count, loff_t *offp) {
/* filp ->private_data is 3 here */ if (count == 0)
return -EINVAL; return 0;
}
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      10/ 19
Úkol
Obsluha open, read, write, release (tj. Close)
O Definice struct f ile_operations
O Vytvoření funkcí dle prototypu z f ile_operations (Ixr)
• Open a release s nějakým printk
• Read a write prozatím prázdná těla
• Návratové hodnoty
• Open a release vracejí 0 (žádná chyba)
• Read též (0 = EOF)
• Write vrací count (zapsáno vše)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      11 / 19
Vytvoření znakového zařízení
• LDD3 3. a 6. kapitola
• 2-3 kroky
O Registrace rozsahu major+minor (v module_init)
• alloc_chrdev_region, register_chrdev_region, unregister_chrdev_region (liímx/f s .h)
• Přidání záznamu do /proc/devices
O Registrace jednotlivých minorů (při objevení zařízení)
• cdev_init, cdev_add, cdev_del (liímx/cdev.h)
• Parametr pro cdev_init je struct f ile_operations
• Po odpovídajícím mknod lze zařízení používat
O Podat zprávu udev (vytvoření /dev/*) - nepovinné
• device_create, device_destroy (liímx/device .h)
• Předem je potřeba vytvořit class (moduie_init)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014       12/ 19
Úkol
Vytvoření znakového zařízení
O Globální struct cdev O V module_init
• alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "jméno")
• Vypište MAJQR(dev) a MINQR(dev)
• cdev_init
• cdev_add
O V module_exit
• cdev_del
a unregister_chrdev_region O insmod
0 Ověřte vytvoření v /proc/devices
O Podle výpisu Shora: mknod soubor c maj min
O Vyzkoušejte cat soubor
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      13/ 19
Vytvoření znakového zařízení pomocí mise
Mise vrstva
• Stačí-li 1 minor
• Dělá všechnu práci včetně volání udev
• Potřebujeme
• Definici mise zařízení (struct misedevice)
• Opět struct file_operations
• misc_register, misc_deregister
• Objeví se V /proc/misc a /dev
• linux/miscdevice.h
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014       14/ 19
Úkol
Vytvořit mise zařízení
O Definice struct misedevice
• minor = MISC_DYNAMIC_MINQR
• name - jméno vytvářeného zařízení
• fops - předchozí
Q misc_register/deregister do module_init/exit Q insmod
O Ověřte vytvoření v /proc/misc
Q Vyzkoušejte cat /dev/name (name je shora)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      15/ 19
Uživatelská paměť
• Něco, čemu nelze věřit (NULL, ukazatel do tabulek oprávnění,...)
• Nutnost kontroly POZOR
O copy_from_user, copy_to_user
• „memcpy" S kontrolou
• Vracejí počet NEzkopírovaných znaků (0 = OK)
• get_user, put_user
• Jen primitiva (char, short, int, long)
• „var = *buf" a „*buf = var" S kontrolou
• Vracejí 0 nebo chybu (záporná hodnota)
o Definované V linux/uaccess .h Demo: pb173/02
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      16/ 19
Úkol
Dopsat těla funkcí read a write tak, aby zpracovávala data
O write vypíše uživatelský buffer pomocí printk
• copy_f rom.user (při chybě return -EFAULT)
• Ukončit zkopírovaný řetězec použitím \o O read bude vracet „Ahoj"
• copy_to_user
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014       17/ 19
Datové typy
• Jádro a proces může běžet s různými bitovými šířkami (32, 64-bit)
• Problém s ukazateli a long proměnnými
• Jiná délka dat
• Jiné zarovnání struktur
Uživatel (32-bit)		Jádro (64-bit)
data ... 4 bajty na offsetu 4	struct my { char x; void *data; };	data ... 8 bajtů na offsetu 8
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      18/ 19
Pevné typy v jádře
z hlediska počtu bitů
• linux/types.h
« __u8, __ul6, __u32, __u64
« __s8, __sl6, __s32, __s64
o Ukazatele musí být v union s __u64
struct good {
. i   i . u64 flags;
struct bad { — ., 0 ■ ,
s16 index;
unsigned long flags, , .   ™.  ,     a   a        ,       union {
short index; ^> .._:J
void *data; } my;
read(fd, &my, sizeof(my)); ioctl(fd, DO_SOMETHING, &my);
void *data; _u64 filler :
};
} my;
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
23.9.2014      19/ 19