Linux内核调试技术之自构proc

1、简介

在上一篇中，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

　　信息来源：（http://blog.sina.com.cn/s/blog_8b200d440100xsug.html）

　　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。

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。

一.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,

二.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

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

成功!!!

感谢韦东山老师！！！！