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 (fsproc) 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 (fsproc) 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 ", ++cnt);使用

#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>

static struct class *firstdrv_class;
static struct class_device    *firstdrv_class_dev;

volatile unsigned long *gpfcon = NULL;
volatile unsigned long *gpfdat = NULL;

extern int myprintk(const char *fmt, ...);

static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    static int cnt = 0;
    myprintk("first_drv_open : %d
", ++cnt);
    /* 配置GPF4,5,6为输出 */
    *gpfcon &= ~((0x3<<(4*2)) | (0x3<<(5*2)) | (0x3<<(6*2)));
    *gpfcon |= ((0x1<<(4*2)) | (0x1<<(5*2)) | (0x1<<(6*2)));
    return 0;
}

static ssize_t first_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos)
{
    int val;
    static int cnt = 0;

    myprintk("first_drv_write : %d
", ++cnt);

    copy_from_user(&val, buf, count); //    copy_to_user();

    if (val == 1)
    {
        // 点灯
        *gpfdat &= ~((1<<4) | (1<<5) | (1<<6));
    }
    else
    {
        // 灭灯
        *gpfdat |= (1<<4) | (1<<5) | (1<<6);
    }
    
    return 0;
}

static struct file_operations first_drv_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open   =   first_drv_open,     
    .write    =    first_drv_write,       
};


int major;
static int first_drv_init(void)
{
    myprintk("first_drv_init
");
    major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops); // 注册, 告诉内核

    firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");

    firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz"); /* /dev/xyz */

    gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
    gpfdat = gpfcon + 1;

    return 0;
}

static void first_drv_exit(void)
{
    unregister_chrdev(major, "first_drv"); // 卸载

    class_device_unregister(firstdrv_class_dev);
    class_destroy(firstdrv_class);
    iounmap(gpfcon);
}

module_init(first_drv_init);
module_exit(first_drv_exit);


MODULE_LICENSE("GPL");

 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！！！！