PB173 - Ovladače jádra - Linux
II. Komunikace
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
27. 9. 2016
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
27.9.2016      1 /19
Důležité informace
• Kolokvium za DÚ
• DÚ do příštího cvičení
• Login/heslo
• vyvoj/vyvoj
• GIT: http://github.com/jirislaby/pbl73
• git pull --rebase
o Studijní materiály v isu
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/04 27.9.2016 2/19
Sekce 1
Komunikace jádro <-> uživatelský prostor
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
27.9.2016 3/19
Komunikace I.
O Voláním funkce: systém call (syscall)
• Skok do jádra speciální instrukcí (x86_64: syscall)
• O skok se stará übe (f write-^write-^syscaii-nnstrukce)
• 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
27.9.2016 4/19
Úkol
V userspace: pomocí funkce syscali vypište 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
27.9.2016 5/19
Komunikace II.
O Speciální soubory v /dev
• Komunikace přes soubor
• Standardní operace - open, read, ...
• Tj. není nutný nový syscall
• Identifikované trojicí blokové/znakové, major a minor číslo
Většinou major=ovladač, minor=zařízení (tty: c, maj 4, min 0-63)
• Blokové (disky apod.)
o Komunikace po blocích
Nebudeme se jimi zabývat (popsány v LDD)
• Znakové (ostatní)
• Komunikace po znacích (bajtech)
• Zbytek tohoto cvičení
• Seznam rezervovaných V Documentation/devices.txt a /proc/devices
O Sockety, roury, ...
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
27.9.2016 6/19
Sekce 2
Znaková zařízení
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
27.9.2016 7/19
Obsluhované funkce
struct f ile_operations (linux/f s .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) o 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
• Vždy podle standardu (např. POSIX)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
27.9.2016 8/19
Úkol
Práce s Ixr
Najděte všechny možné funkce, které lze obsluhovat
Najděte struct f ile_operations v Ixr
• Projděte strukturu
© 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
27.9.2016 9/19
Příklad operací
struct file_operations my_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = myopen, .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; /* we "wrote" all bytes */
}
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
27.9.2016 10/19
Úkol
Obsluha open, read, write, release (tj. Close) O Definice struct f ile_operations
O Vytvořte funkce dle prototypu z f ile.operations (Ixr)
• Open a release s nějakým printk a return
• Read a write prozatím jen s return
• Návratové hodnoty
• Open a release vracejí 0 (žádná chyba)
• Read též (0 znamená EOF)
• Write vrací count (zapsáno vše)
O Jen zkuste přeložit
• Nemá smysl vkládat
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/04
27.9.2016       11 /19
Vytvoření znakového zařízení
o LDD3 3. a 6. kapitola • 2-3 kroky
O Registrace rozsahu major+minor (v moduie_init)
• Buď alloc_chrdev_region (chci Čísla přidělit), anebo register_chrdev_region (Čísla mám), nakonec unregister_chrdev_region (linux/fs.h)
9 Přidání záznamu do /proc/devices O Registrace jednotlivých minorů (při připojení 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 (v module_init)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
27.9.2016 12/19
Úkol
Vytvoření znakového zařízení
O Definujte si globální struct cdev (znakové zařízení)
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)
9 Inicializujte SVOU globální struct cdev (cdev_init)
• Přidejte svoje struct cdev do systému (cdev_add a dev shora) O V module_exit
• cdev_del
• unregister_chrdev_region O make a insmod
Q 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
27.9.2016 13/19
Uživatelská paměť
• Něco, čemu nelze věřit (NULL, ukazatel do tabulek oprávněn o POZOR: nutnost kontroly
• copy_from_user, copy_to_user
• „memcpy" S kontrolou
• Vracejí počet NEzkopírovaných znaků (tj. 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: pbl73/02/
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/04
27.9.2016 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
27.9.2016 15/19
Vytvoření znakového zařízení pomocí mise
Mise vrstva
• Stačí-li 1 minor (málokdy)
Dělá všechnu práci včetně volání udev Potřebujeme
• Definici mise zařízení (struct misedevice) - minor číslo, jméno zařízení v /dev, atd.
• Opět struct file_operations
• struct cdev není třeba
• int misc_register(struct misedevice *misc)
• void misc_deregister(struct misedevice *misc)
• Objeví se V /proc/misc a /dev
• linux/misedevice.h
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/04
27.9.2016 16/19
Úkol
Vytvořit mise zařízení
O Definujte Si nějakou 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 /proč/mise
Q Vyzkoušejte cat /dev/<name> (jméno shora)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/04
27.9.2016 17/19
Datové typy
o 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
27.9.2016 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;
void *data; } my;
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
27.9.2016 19/19