Linux内核模块编写详解

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Linux内核模块编写详解

来源: 作者: 时间:2015-12-01 17:20 【

内核编程常常看起来像是黑魔法,而在亚瑟 C 克拉克的眼中,它八成就是了。Linux内核和它的用户空间是大不相同的:抛开漫不经心,你必须小心翼翼,因为你编程中的一个bug就会影响到
内核编程常常看起来像是黑魔法,而在亚瑟 C 克拉克的眼中,它八成就是了。Linux内核和它的用户空间是大不相同的:抛开漫不经心,你必须小心翼翼,因为你编程中的一个bug就会影响到整个系统,本文给大家介绍linux内核模块编写,需要的朋友可以参考下

内核编程常常看起来像是黑魔法,而在亚瑟 C 克拉克的眼中,它八成就是了。Linux内核和它的用户空间是大不相同的:抛开漫不经心,你必须小心翼翼,因为你编程中的一个bug就会影响到整个系统。浮点运算做起来可不容易,堆栈固定而狭小,而你写的代码总是异步的,因此你需要想想并发会导致什么。而除了所有这一切之外,Linux内核只是一个很大的、很复杂的C程序,它对每个人开放,任何人都去读它、学习它并改进它,而你也可以是其中之一。


学习内核编程的最简单的方式也许就是写个内核模块:一段可以动态加载进内核的代码。模块所能做的事是有限的——例如,他们不能在类似进程描述符这样的公共数据结构中增减字段(LCTT译注:可能会破坏整个内核及系统的功能)。但是,在其它方面,他们是成熟的内核级的代码,可以在需要时随时编译进内核(这样就可以摒弃所有的限制了)。完全可以在Linux源代码树以外来开发并编译一个模块(这并不奇怪,它称为树外开发),如果你只是想稍微玩玩,而并不想提交修改以包含到主线内核中去,这样的方式是很方便的。

在本教程中,我们将开发一个简单的内核模块用以创建一个/dev/reverse设备。写入该设备的字符串将以相反字序的方式读回(“Hello World”读成“World Hello”)。这是一个很受欢迎的程序员面试难题,当你利用自己的能力在内核级别实现这个功能时,可以使你得到一些加分。在开始前,有一句忠告:你的模块中的一个bug就会导致系统崩溃(虽然可能性不大,但还是有可能的)和数据丢失。在开始前,请确保你已经将重要数据备份,或者,采用一种更好的方式,在虚拟机中进行试验。

尽可能不要用root身份

默认情况下,/dev/reverse只有root可以使用,因此你只能使用sudo来运行你的测试程序。要解决该限制,可以创建一个包含以下内容的/lib/udev/rules.d/99-reverse.rules文件:

SUBSYSTEM=="misc", KERNEL=="reverse", MODE="0666"
别忘了重新插入模块。让非root用户访问设备节点往往不是一个好主意,但是在开发其间却是十分有用的。这并不是说以root身份运行二进制测试文件也不是个好主意。
模块的构造

由于大多数的Linux内核模块是用C写的(除了底层的特定于体系结构的部分),所以推荐你将你的模块以单一文件形式保存(例如,reverse.c)。我们已经把完整的源代码放在GitHub上——这里我们将看其中的一些片段。开始时,我们先要包含一些常见的文件头,并用预定义的宏来描述模块:

这里一切都直接明了,除了MODULE_LICENSE():它不仅仅是一个标记。内核坚定地支持GPL兼容代码,因此如果你把许可证设置为其它非GPL兼容的(如,“Proprietary”[专利]),某些特定的内核功能将在你的模块中不可用。

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  1. #include <linux/init.h>   
  2. #include <linux/kernel.h>   
  3. #include <linux/module.h>   
  4. MODULE_LICENSE("GPL");   
  5. MODULE_AUTHOR("Valentine Sinitsyn <[email protected]>");   
  6. MODULE_DESCRIPTION("In-kernel phrase reverser");   

什么时候不该写内核模块

内核编程很有趣,但是在现实项目中写(尤其是调试)内核代码要求特定的技巧。通常来讲,在没有其它方式可以解决你的问题时,你才应该在内核级别解决它。以下情形中,可能你在用户空间中解决它更好:

你要开发一个USB驱动 —— 请查看libusb。
你要开发一个文件系统 —— 试试FUSE。
你在扩展Netfilter —— 那么libnetfilter_queue对你有所帮助。
通常,内核里面代码的性能会更好,但是对于许多项目而言,这点性能丢失并不严重。
由于内核编程总是异步的,没有一个main()函数来让Linux顺序执行你的模块。取而代之的是,你要为各种事件提供回调函数,像这个:

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  1. static int __init reverse_init(void)   
  2. {   
  3.     printk(KERN_INFO "reverse device has been registered\n");   
  4.     return 0;   
  5. }   
  6. static void __exit reverse_exit(void)   
  7. {   
  8.     printk(KERN_INFO "reverse device has been unregistered\n");   
  9. }   
  10. module_init(reverse_init);   
  11. module_exit(reverse_exit);  

这里,我们定义的函数被称为模块的插入和删除。只有第一个的插入函数是必要的。目前,它们只是打印消息到内核环缓冲区(可以在用户空间通过dmesg命令访问);KERN_INFO是日志级别(注意,没有逗号)。__init和__exit是属性 —— 联结到函数(或者变量)的元数据片。属性在用户空间的C代码中是很罕见的,但是内核中却很普遍。所有标记为__init的,会在初始化后释放内存以供重用(还记得那条过去内核的那条“Freeing unused kernel memory…[释放未使用的内核内存……]”信息吗?)。__exit表明,当代码被静态构建进内核时,该函数可以安全地优化了,不需要清理收尾。最后,module_init()和module_exit()这两个宏将reverse_init()和reverse_exit()函数设置成为我们模块的生命周期回调函数。实际的函数名称并不重要,你可以称它们为init()和exit(),或者start()和stop(),你想叫什么就叫什么吧。他们都是静态声明,你在外部模块是看不到的。事实上,内核中的任何函数都是不可见的,除非明确地被导出。然而,在内核程序员中,给你的函数加上模块名前缀是约定俗成的。

这些都是些基本概念 – 让我们来做更多有趣的事情吧。模块可以接收参数,就像这样:

# modprobe foo bar=1

modinfo命令显示了模块接受的所有参数,而这些也可以在/sys/module//parameters下作为文件使用。我们的模块需要一个缓冲区来存储参数 —— 让我们把这大小设置为用户可配置。在MODULE_DESCRIPTION()下添加如下三行:

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  1. static unsigned long buffer_size = 8192;   
  2. module_param(buffer_size, ulong, (S_IRUSR | S_IRGRP | S_IROTH));   
  3. MODULE_PARM_DESC(buffer_size, "Internal buffer size");  

这儿,我们定义了一个变量来存储该值,封装成一个参数,并通过sysfs来让所有人可读。这个参数的描述(最后一行)出现在modinfo的输出中。

由于用户可以直接设置buffer_size,我们需要在reverse_init()来清除无效取值。你总该检查来自内核之外的数据 —— 如果你不这么做,你就是将自己置身于内核异常或安全漏洞之中。

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  1. static int __init reverse_init()   
  2. {   
  3.     if (!buffer_size)   
  4.         return -1;   
  5.     printk(KERN_INFO   
  6.         "reverse device has been registered, buffer size is %lu bytes\n",   
  7.         buffer_size);   
  8.     return 0;   
  9. }  

来自模块初始化函数的非0返回值意味着模块执行失败。

导航

但你开发模块时,Linux内核就是你所需一切的源头。然而,它相当大,你可能在查找你所要的内容时会有困难。幸运的是,在庞大的代码库面前,有许多工具使这个过程变得简单。首先,是Cscope —— 在终端中运行的一个比较经典的工具。你所要做的,就是在内核源代码的顶级目录中运行make cscope && cscope。Cscope和Vim以及Emacs整合得很好,因此你可以在你最喜爱的编辑器中使用它。

如果基于终端的工具不是你的最爱,那么就访问吧。它是一个基于web的内核导航工具,即使它的功能没有Cscope来得多(例如,你不能方便地找到函数的用法),但它仍然提供了足够多的快速查询功能。
现在是时候来编译模块了。你需要你正在运行的内核版本头文件(linux-headers,或者等同的软件包)和build-essential(或者类似的包)。接下来,该创建一个标准的Makefile模板:

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  1. obj-m += reverse.o   
  2. all:   
  3.     make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules   
  4. clean:   
  5.     make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean  

现在,调用make来构建你的第一个模块。如果你输入的都正确,在当前目录内会找到reverse.ko文件。使用sudo insmod reverse.ko插入内核模块,然后运行如下命令:

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  1. $ dmesg | tail -1   
  2. [ 5905.042081] reverse device has been registered, buffer size is 8192 bytes  

恭喜了!然而,目前这一行还只是假象而已 —— 还没有设备节点呢。让我们来搞定它。

混杂设备

在Linux中,有一种特殊的字符设备类型,叫做“混杂设备”(或者简称为“misc”)。它是专为单一接入点的小型设备驱动而设计的,而这正是我们所需要的。所有混杂设备共享同一个主设备号(10),因此一个驱动(drivers/char/misc.c)就可以查看它们所有设备了,而这些设备用次设备号来区分。从其他意义来说,它们只是普通字符设备。

要为该设备注册一个次设备号(以及一个接入点),你需要声明struct misc_device,填上所有字段(注意语法),然后使用指向该结构的指针作为参数来调用misc_register()。为此,你也需要包含linux/miscdevice.h头文件:

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  1. static struct miscdevice reverse_misc_device = {   
  2.     .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,   
  3.     .name = "reverse",   
  4.     .fops = &reverse_fops   
  5. };   
  6. static int __init reverse_init()   
  7. {   
  8.     ...   
  9.     misc_register(&reverse_misc_device);   
  10.     printk(KERN_INFO ...   
  11. }   
  12.   

这儿,我们为名为“reverse”的设备请求一个第一个可用的(动态的)次设备号;省略号表明我们之前已经见过的省略的代码。别忘了在模块卸下后注销掉该设备。

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  1. static void __exit reverse_exit(void)   
  2. {   
  3.     misc_deregister(&reverse_misc_device);   
  4.     ...   
  5. }   
  6.   

‘fops’字段存储了一个指针,指向一个file_operations结构(在Linux/fs.h中声明),而这正是我们模块的接入点。reverse_fops定义如下:

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  1. static struct file_operations reverse_fops = {   
  2.     .owner = THIS_MODULE,   
  3.     .open = reverse_open,   
  4.     ...   
  5.     .llseek = noop_llseek   
  6. };  

另外,reverse_fops包含了一系列回调函数(也称之为方法),当用户空间代码打开一个设备,读写或者关闭文件描述符时,就会执行。如果你要忽略这些回调,可以指定一个明确的回调函数来替代。这就是为什么我们将llseek设置为noop_llseek(),(顾名思义)它什么都不干。这个默认实现改变了一个文件指针,而且我们现在并不需要我们的设备可以寻址(这是今天留给你们的家庭作业)。

关闭和打开

让我们来实现该方法。我们将给每个打开的文件描述符分配一个新的缓冲区,并在它关闭时释放。这实际上并不安全:如果一个用户空间应用程序泄漏了描述符(也许是故意的),它就会霸占RAM,并导致系统不可用。在现实世界中,你总得考虑到这些可能性。但在本教程中,这种方法不要紧。

我们需要一个结构函数来描述缓冲区。内核提供了许多常规的数据结构:链接列表(双联的),哈希表,树等等之类。不过,缓冲区常常从头设计。我们将调用我们的“struct buffer”:

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  1. struct buffer {   
  2.     char *data, *end, *read_ptr;   
  3.     unsigned long size;   
  4. };  

data是该缓冲区存储的一个指向字符串的指针,而end指向字符串结尾后的第一个字节。read_ptr是read()开始读取数据的地方。缓冲区的size是为了保证完整性而存储的 —— 目前,我们还没有使用该区域。你不能假设使用你结构体的用户会正确地初始化所有这些东西,所以最好在函数中封装缓冲区的分配和收回。它们通常命名为buffer_alloc()和buffer_free()。

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  1. static struct buffer buffer_alloc(unsigned long size)    
  2. { struct buffer *buf; buf = kzalloc(sizeof(buf), GFP_KERNEL);   
  3.  if    
  4. (unlikely(!buf)) goto out; … out: return buf;    
  5. }  

内核内存使用kmalloc()来分配,并使用kfree()来释放;kzalloc()的风格是将内存设置为全零。不同于标准的malloc(),它的内核对应部分收到的标志指定了第二个参数中请求的内存类型。这里,GFP_KERNEL是说我们需要一个普通的内核内存(不是在DMA或高内存区中)以及如果需要的话函数可以睡眠(重新调度进程)。sizeof(*buf)是一种常见的方式,它用来获取可通过指针访问的结构体的大小。

你应该随时检查kmalloc()的返回值:访问NULL指针将导致内核异常。同时也需要注意unlikely()宏的使用。它(及其相对宏likely())被广泛用于内核中,用于表明条件几乎总是真的(或假的)。它不会影响到控制流程,但是能帮助现代处理器通过分支预测技术来提升性能。

最后,注意goto语句。它们常常为认为是邪恶的,但是,Linux内核(以及一些其它系统软件)采用它们来实施集中式的函数退出。这样的结果是减少嵌套深度,使代码更具可读性,而且非常像更高级语言中的try-catch区块。

有了buffer_alloc()和buffer_free(),open和close方法就变得很简单了。

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  1. static int reverse_open(struct inode *inode, struct file *file)   
  2. {   
  3.     int err = 0;   
  4.     file->private_data = buffer_alloc(buffer_size);   
  5.     ...   
  6.     return err;   
  7. }   
  8.   

struct file是一个标准的内核数据结构,用以存储打开的文件的信息,如当前文件位置(file->f_pos)、标志(file->f_flags),或者打开模式(file->f_mode)等。另外一个字段file->privatedata用于关联文件到一些专有数据,它的类型是void *,而且它在文件拥有者以外,对内核不透明。我们将一个缓冲区存储在那里。

如果缓冲区分配失败,我们通过返回否定值(-ENOMEM)来为调用的用户空间代码标明。一个C库中调用的open(2)系统调用(如glibc)将会检测这个并适当地设置errno 。

学习如何读和写

“read”和“write”方法是真正完成工作的地方。当数据写入到缓冲区时,我们放弃之前的内容和反向地存储该字段,不需要任何临时存储。read方法仅仅是从内核缓冲区复制数据到用户空间。但是如果缓冲区还没有数据,revers_eread()会做什么呢?在用户空间中,read()调用会在有可用数据前阻塞它。在内核中,你就必须等待。幸运的是,有一项机制用于处理这种情况,就是‘wait queues’。

想法很简单。如果当前进程需要等待某个事件,它的描述符(struct task_struct存储‘current’信息)被放进非可运行(睡眠中)状态,并添加到一个队列中。然后schedule()就被调用来选择另一个进程运行。生成事件的代码通过使用队列将等待进程放回TASK_RUNNING状态来唤醒它们。调度程序将在以后在某个地方选择它们之一。Linux有多种非可运行状态,最值得注意的是TASK_INTERRUPTIBLE(一个可以通过信号中断的睡眠)和TASK_KILLABLE(一个可被杀死的睡眠中的进程)。所有这些都应该正确处理,并等待队列为你做这些事。

一个用以存储读取等待队列头的天然场所就是结构缓冲区,所以从为它添加wait_queue_headt read\queue字段开始。你也应该包含linux/sched.h头文件。可以使用DECLARE_WAITQUEUE()宏来静态声明一个等待队列。在我们的情况下,需要动态初始化,因此添加下面这行到buffer_alloc():

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  1. init_waitqueue_head(&buf->read_queue);  

我们等待可用数据;或者等待read_ptr != end条件成立。我们也想要让等待操作可以被中断(如,通过Ctrl+C)。因此,“read”方法应该像这样开始:

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  1. static ssize_t reverse_read(struct file *file, char __user * out,   
  2.         size_t size, loff_t * off)   
  3. {   
  4.     struct buffer *buf = file->private_data;   
  5.     ssize_t result;   
  6.     while (buf->read_ptr == buf->end) {   
  7.         if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {   
  8.             result = -EAGAIN;   
  9.             goto out;   
  10.         }   
  11.         if (wait_event_interruptible   
  12.         (buf->read_queue, buf->read_ptr != buf->end)) {   
  13.             result = -ERESTARTSYS;   
  14.             goto out;   
  15.         }   
  16.     }   

...

我们让它循环,直到有可用数据,如果没有则使用wait_event_interruptible()(它是一个宏,不是函数,这就是为什么要通过值的方式给队列传递)来等待。好吧,如果wait_event_interruptible()被中断,它返回一个非0值,这个值代表-ERESTARTSYS。这段代码意味着系统调用应该重新启动。file->f_flags检查以非阻塞模式打开的文件数:如果没有数据,返回-EAGAIN。

我们不能使用if()来替代while(),因为可能有许多进程正等待数据。当write方法唤醒它们时,调度程序以不可预知的方式选择一个来运行,因此,在这段代码有机会执行的时候,缓冲区可能再次空出。现在,我们需要将数据从buf->data 复制到用户空间。copy_to_user()内核函数就干了此事:

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  1. size = min(size, (size_t) (buf->end - buf->read_ptr));   
  2.    if (copy_to_user(out, buf->read_ptr, size)) {   
  3.        result = -EFAULT;   
  4.        goto out;   
  5.    }  

如果用户空间指针错误,那么调用可能会失败;如果发生了此事,我们就返回-EFAULT。记住,不要相信任何来自内核外的事物!

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  1.    buf->read_ptr += size;   
  2.     result = size;   
  3. out:   
  4.     return result;   
  5. }  

为了使数据在任意块可读,需要进行简单运算。该方法返回读入的字节数,或者一个错误代码。

写方法更简短。首先,我们检查缓冲区是否有足够的空间,然后我们使用copy_from_userspace()函数来获取数据。再然后read_ptr和结束指针会被重置,并且反转存储缓冲区内容:

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  1. buf->end = buf->data + size;   
  2.    buf->read_ptr = buf->data;   
  3.    if (buf->end > buf->data)   
  4.        reverse_phrase(buf->data, buf->end - 1);  

这里, reverse_phrase()干了所有吃力的工作。它依赖于reverse_word()函数,该函数相当简短并且标记为内联。这是另外一个常见的优化;但是,你不能过度使用。因为过多的内联会导致内核映像徒然增大。

最后,我们需要唤醒read_queue中等待数据的进程,就跟先前讲过的那样。wake_up_interruptible()就是用来干此事的:

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  1. wake_up_interruptible(&buf->read_queue);  


耶!你现在已经有了一个内核模块,它至少已经编译成功了。现在,是时候来测试了。

调试内核代码

或许,内核中最常见的调试方法就是打印。如果你愿意,你可以使用普通的printk() (假定使用KERN_DEBUG日志等级)。然而,那儿还有更好的办法。如果你正在写一个设备驱动,这个设备驱动有它自己的“struct device”,可以使用pr_debug()或者dev_dbg():它们支持动态调试(dyndbg)特性,并可以根据需要启用或者禁用(请查阅Documentation/dynamic-debug-howto.txt)。对于单纯的开发消息,使用pr_devel(),除非设置了DEBUG,否则什么都不会做。要为我们的模块启用DEBUG,请添加以下行到Makefile中:

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  1. CFLAGS_reverse.o := -DDEBUG  

完了之后,使用dmesg来查看pr_debug()或pr_devel()生成的调试信息。 或者,你可以直接发送调试信息到控制台。要想这么干,你可以设置console_loglevel内核变量为8或者更大的值(echo 8 /proc/sys/kernel/printk),或者在高日志等级,如KERN_ERR,来临时打印要查询的调试信息。很自然,在发布代码前,你应该移除这样的调试声明。

注意内核消息出现在控制台,不要在Xterm这样的终端模拟器窗口中去查看;这也是在内核开发时,建议你不在X环境下进行的原因。
惊喜,惊喜!

编译模块,然后加载进内核:

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  1. make  
  2. sudo insmod reverse.ko buffer_size=2048   
  3. $ lsmod   
  4. reverse 2419 0   
  5. ls -l /dev/reverse   
  6. crw-rw-rw- 1 root root 10, 58 Feb 22 15:53 /dev/reverse  

一切似乎就位。现在,要测试模块是否正常工作,我们将写一段小程序来翻转它的第一个命令行参数。main()(再三检查错误)可能看上去像这样:

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  1. int fd = open("/dev/reverse", O_RDWR);   
  2. write(fd, argv[1], strlen(argv[1]));   
  3. read(fd, argv[1], strlen(argv[1]));   
  4. printf("Read: %s\n", argv[1]);  

像这样运行:

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  1. $ ./test 'A quick brown fox jumped over the lazy dog'  
  2. Read: dog lazy the over jumped fox brown quick A  
    它工作正常!玩得更逗一点:试试传递单个单词或者单个字母的短语,空的字符串或者是非英语字符串(如果你有这样的键盘布局设置),以及其它任何东西。

现在,让我们让事情变得更好玩一点。我们将创建两个进程,它们共享一个文件描述符(及其内核缓冲区)。其中一个会持续写入字符串到设备,而另一个将读取这些字符串。在下例中,我们使用了fork(2)系统调用,而pthreads也很好用。我也省略打开和关闭设备的代码,并在此检查代码错误(又来了):

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  1. char *phrase = "A quick brown fox jumped over the lazy dog";   
  2. if (fork())   
  3.        
  4. /* Parent is the writer */   
  5.     while (1)   
  6.         write(fd, phrase, len);   
  7. else  
  8.        
  9. /* child is the reader */   
  10.     while (1) {   
  11.         read(fd, buf, len);   
  12.         printf("Read: %s\n", buf);   
  13. }   
  14.   

你希望这个程序会输出什么呢?下面就是在我的笔记本上得到的东西:

Read: dog lazy the over jumped fox brown quick A
Read: A kcicq brown fox jumped over the lazy dog
Read: A kciuq nworb xor jumped fox brown quick A
Read: A kciuq nworb xor jumped fox brown quick A
...
这里发生了什么呢?就像举行了一场比赛。我们认为read和write是原子操作,或者从头到尾一次执行一个指令。然而,内核确实无序并发的,随便就重新调度了reverse_phrase()函数内部某个地方运行着的写入操作的内核部分。如果在写入操作结束前就调度了read()操作呢?就会产生数据不完整的状态。这样的bug非常难以找到。但是,怎样来处理这个问题呢?

基本上,我们需要确保在写方法返回前没有read方法能被执行。如果你曾经编写过一个多线程的应用程序,你可能见过同步原语(锁),如互斥锁或者信号。Linux也有这些,但有些细微的差别。内核代码可以运行进程上下文(用户空间代码的“代表”工作,就像我们使用的方法)和终端上下文(例如,一个IRQ处理线程)。如果你已经在进程上下文中和并且你已经得到了所需的锁,你只需要简单地睡眠和重试直到成功为止。在中断上下文时你不能处于休眠状态,因此代码会在一个循环中运行直到锁可用。关联原语被称为自旋锁,但在我们的环境中,一个简单的互斥锁 —— 在特定时间内只有唯一一个进程能“占有”的对象 —— 就足够了。处于性能方面的考虑,现实的代码可能也会使用读-写信号。

锁总是保护某些数据(在我们的环境中,是一个“struct buffer”实例),而且也常常会把它们嵌入到它们所保护的结构体中。因此,我们添加一个互斥锁(‘struct mutex lock’)到“struct buffer”中。我们也必须用mutex_init()来初始化互斥锁;buffer_alloc是用来处理这件事的好地方。使用互斥锁的代码也必须包含linux/mutex.h。

互斥锁很像交通信号灯 —— 要是司机不看它和不听它的,它就没什么用。因此,在对缓冲区做操作并在操作完成时释放它之前,我们需要更新reverse_read()和reverse_write()来获取互斥锁。让我们来看看read方法 —— write的工作原理相同:

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  1. static ssize_t reverse_read(struct file *file, char __user * out,   
  2.         size_t size, loff_t * off)   
  3. {   
  4.     struct buffer *buf = file->private_data;   
  5.     ssize_t result;   
  6.     if (mutex_lock_interruptible(&buf->lock)) {   
  7.         result = -ERESTARTSYS;   
  8.         goto out;   
  9. }   
  10.   

我们在函数一开始就获取锁。mutex_lock_interruptible()要么得到互斥锁然后返回,要么让进程睡眠,直到有可用的互斥锁。就像前面一样,_interruptible后缀意味着睡眠可以由信号来中断。

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  1. while (buf->read_ptr == buf->end) {   
  2.         mutex_unlock(&buf->lock);   
  3. /* ... wait_event_interruptible() here ... */   
  4.         if (mutex_lock_interruptible(&buf->lock)) {   
  5.             result = -ERESTARTSYS;   
  6.             goto out;   
  7.         }   
  8.     }  

下面是我们的“等待数据”循环。当获取互斥锁时,或者发生称之为“死锁”的情境时,不应该让进程睡眠。因此,如果没有数据,我们释放互斥锁并调用wait_event_interruptible()。当它返回时,我们重新获取互斥锁并像往常一样继续:

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  1. if (copy_to_user(out, buf->read_ptr, size)) {   
  2.         result = -EFAULT;   
  3.         goto out_unlock;   
  4.     }   
  5.     ...   
  6. out_unlock:   
  7.     mutex_unlock(&buf->lock);   
  8. out:   
  9.     return result;  

最后,当函数结束,或者在互斥锁被获取过程中发生错误时,互斥锁被解锁。重新编译模块(别忘了重新加载),然后再次进行测试。现在你应该没发现毁坏的数据了。

接下来是什么?

现在你已经尝试了一次内核黑客。我们刚刚为你揭开了这个话题的外衣,里面还有更多东西供你探索。我们的第一个模块有意识地写得简单一点,在从中学到的概念在更复杂的环境中也一样。并发、方法表、注册回调函数、使进程睡眠以及唤醒进程,这些都是内核黑客们耳熟能详的东西,而现在你已经看过了它们的运作。或许某天,你的内核代码也将被加入到主线Linux源代码树中 —— 如果真这样,请联系我们!

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