PB173 - Ovladače jádra - Linux
II. Komunikace
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
1. 10. 2015
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015      1 /19
Důležité informace
• Kolokvium za DÚ
• DÚ do příštího cvičení
• Login/heslo
• vyvoj/vyvoj
• GIT: http://github.com/jirislaby/pbl73
• git pull --rebase
• Studijní materiály v isu
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
2/19
Sekce 1
Komunikace jádro o uživatelský prostor
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015      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^syscall-Hnstrukce)
• Drahá operace (přepnutí kontextu)
• Do registru se uloží číslo operace
• V libc: převodní „tabulka" funkce^číslo
• V jádře: převodní tabulka číslo^funkce
• syscall(__NR_fork)
• Demo: __NR_f ork V unistd.h; příklady Z pbl73/02/syscalls/
O Speciální syscall
• Knihovna přilinkovaná jádrem
• vdso.so
Každá nová funkcionalita = nový syscall
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
4/19
Úkol
V userspace: pomocí funkce syscali vypsat nějakou informaci
O Inspirujte se V pbl73/02/syscalls/c . c O Použijte syscall a __NR_write
Je třeba znát prototypy funkcí.
• Většinou jsou dokumentované: man write
• Jinak použít Ixr a najít implementaci v jádře
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
5/19
Komunikace II
Q Speciální soubory v /dev
• Komunikace přes soubor
• Standardní operace - open, read,...
• Tj. není nutný nový syscall
o Identifikované trojicí blokové/znakové, major a minor číslo
• Většinou major=ovladač, minor=zařízení (tty: c, maj 4, min 0-63)
• Blokové (disky apod.)
• Komunikace po blocích
• Nebudeme se jimi zabývat (popsány v LDD)
• Znakové (ostatní)
• Komunikace po znacích (bajtech)
• Zbytek tohoto cvičení
9 Seznam rezervovaných v Documentation/devices.txt a
/proc/devices
O Sockety, roury, ...
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
6/19
Sekce 2
Znaková zařízení
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
7/19
Obsluhované funkce
struct f ile_operations (linux/fs.h, LDD3 3. kapitola)
• Funkce jako:
ssize_t (*write) (struct file * file , const char_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)
• Návratové hodnoty (podle návratového typu funkce)
• int - záporné = -Echyba, jinak 0
• ssize.t - záporné = -Echyba, jinak počet zpracovaných znaků o Vždy podle standardu (např. POSIX)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
8/19
Úkol
O Najděte všechny možné funkce, které lze obsluhovat
• Najděte struct file.operations v Ixr
• 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)
PB173/04
1. 10. 2015
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; *offp += count; /* remember position for the next time */ return count; /* "written" all */
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
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 a return o Read a write prozatím jen return
• Návratové hodnoty
• Open a release vracejí 0 (žádná chyba)
• Read též (0 znamená EOF)
• Write vrací count (zapsáno vše)
O Jen zkuste přeložit
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015 11/19
Vytvoření znakového zařízení
• LDD3 3. a 6. kapitola
• 2-3 kroky
O Registrace rozsahu major+minor (vmodule.init)
• alloc_chrdev_region, register_chrdev_region, unregister_chrdev_region (linux/fs.h)
• Přidání záznamu do /proc/devices
O Registrace jednotlivých minorů (při objevení zařízení)
• cdev_init, cdev_add, cdev_del (linux/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 (linux/device.h)
• Předem je potřeba vytvořit class (module.init)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
12/19
Úkol
Vytvoření znakového zařízení O Definujte si globální struct cdev
O V module_init
• Zavolejte alloc_chrdev_region(&dev, 0, 10, "jméno")
• dev je návratová hodnota typu dev_t
• Vypište Si MAJOR (dev) a MINOR (dev)
• Zavolejte cdev.init na svou globální struct cdev
• Zavolejte cdev.add na SVOU globální struct cdev a dev O V module_exit
• cdev_del
• unregister_chrdev_region O make a insmod
0 Ověřte vytvoření v /proc/devices
O Podle výpisu Z 2. bodu: mknod soubor c MAJ MIN
O Vyzkoušejte cat soubor
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015 13/19
Uživatelská paměť
• Něco, čemu nelze věřit (NULL, ukazatel do tabulek oprávnění,...)
• Nutnost kontroly POZOR
• copy_from_user, copy_to_user
• „memcpy" S kontrolou
• Vracejí počet NEzkopírovaných znaků (0 znamená OK)
• get_user, put_user
• „var = *buf" a „*buf = var" S kontrolou
• Tzn. jen pro primitiva (char, short, int, long)
• Vracejí 0 nebo chybu (záporná hodnota)
• Definované v linux/uaccess.h
Demo: pb173/02
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
14/19
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)
• Nezapomeňte ukončit zkopírovaný řetězec použitím \o Q read bude vracet řetězec „Ahoj"
• copy_to_user
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
15/19
Vytvoření znakového zařízení pomocí mise
Mise vrstva
• Stačí-li 1 minor (málokdy)
• Dělá všechnu práci včetně volání udev
• Potřebujeme
o Definici mise zařízení (struct misedevice) o Opět struct file_operations
• struct cdev není třeba
• misc_register, misc_deregister
• Objeví se V /proc/misc a /dev
• linux/misedevice.h
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
16/19
Úkol
Vytvořit mise zařízení
O Definice struct misedevice
• minor = MISC_DYNAMIC_MINOR (automaticky přidělit)
• name-jméno vytvářeného zařízení
• f ops — vaše struct f ile_operations
O misc_register/deregister do module_init/exit O make a insmod
O Ověřte vytvoření v /proc/misc
O Vyzkoušejte cat /dev/<name> (jméno shora)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
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)
PB173/04
1. 10. 2015
18/19
Pevné typy v jádře
z hlediska počtu bitů
• linux/types.h
• __u8, __ul6, __u32, __u64
• __s8, __sl6, __s32, __s64
• Ukazatele musí být v union s __u64
struct good {
_u64 flags;
_s16 index;
union { void *data; _u64 filler
};
} my;
read(fd, &my, sizeof(my)); ioctl(fd, DO_SOMETHING, &my);
struct bad {
unsigned long flags;
short index; =4>
void *data; } my;
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
1. 10. 2015
19/19