[linux-nopage]内存映射虚拟字符设备驱动【P119】

虚拟字符设备驱动程序将核心空间映射到用户空间

1. 找到核心地址对应的物理地址
2. 建立新的用户表项

1. 这是最终的实验结果图，中间有许多错误结果错误过程在错误分析

1. 加载内核模块是什么意思？

将自己编写的驱动程序加载到核心，linux一切文件都很强大，实现了高级聚低耦合的特点，模块包装 给linux无限可能的机会

3. 如何加载

1. 没接触过linux 前期知识点编译 Makefile 文件的作用

   1. 类似脚本，编译的大部分内容都写在类似的脚本上Makefile文件(文件应与编译一起编译).c文件在同一个目录下） 刚开是只有 这三个文件大部分是通过的make 编译产生的 这是教程的一张图，解释大部分内容对应我下面的Makefile 文件内容

   make 指令的作用

   1. make 会进入Makefile 文件；根据Makefile 进行编译 根据Makefile编译源代码、连接、生成目标文件和可执行文件。 简单的理解就是执行Makefile这个脚本；

• 向内核添加模块：

1. 编制驱动程序文件

2. 放置驱动文件linux 内核源码对应的目录

3. 在目录Kconfig 新驱动程序对应的项目编译选择添加到文件中

4. 在目录Makefile在文件中添加新的驱动程序来编译句子

5. 如何将其编译成内核？

根据Makefile 指定的核心地址进入核心； 这是我调试错误过程的一张图片，看到执行make先进入指定的内核地址，内核内也有Makefile文件； 定位到140行： 中间在这里调试花了一点时间，后期发现主要是bug不在这里；

主要bug 还是因为没有安装gcc 因为一开始我发现检测系统已经发现了gcc， 后来在编译文件时发现了系统gcc不能用，前两个是系统自带的。我花了很多时间 最后一个是我后来安装的 sudo apt install gcc

3. 遇到错误怎么排错？

google baidu 教材

4. 教科书的指令是什么意思？

make # 编译 insmod xxx.ko # 会根据编译结果产生.ko此时将执行文件module_init(xxx)函数 通过命令 dmesg | tail 最后几行可以找到 经过insmod 之后进入init函数 前两句是插入的模块不在模块树中，即外部模块会提示这个消息，学习过程可以忽略；

#include <linux/init.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h>    #include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/fcntl.h>
 
#include <linux/vmalloc.h> //空间分配到堆
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>
 
#include <asm/page.h>
#include <linux/mm.h> //重点学习
 
#define MMAPNOPAGE_DEV_NAME "nopage" //字符设备名称
#define MMAPNOPAGE_DEV_MAJOR 92 //字符设备号
 
#define SHARE_MEM_PAGE_COUNT 4 //共享页数
#define SHARE_MEM_SIZE (PAGE_SIZE*SHARE_MEM_PAGE_COUNT)
 
char *share_memory=NULL;
 
 
 
vm_fault_t mmapnopage_vm_fault(struct vm_fault *vmf) //这个函数跟之前版本的函数不同，这个形参只有一个，这个要在mm.h下查看才能确定不同版本不同
{ 
        
		struct page *page;
		unsigned long offset;
		void *page_ptr;
 		struct vm_area_struct *vma=vmf->vma; //早期版本该变量时形参，现在已经在vm_fault 结构体内定义直接使用
		printk("\n");
		printk("%-25s %08x\n","1)vma->flags",vmf->flags);
		printk("%-25s %08lx\n","2)vmf->pgoff",vmf->pgoff);
		printk("%-25s %08lx\n","3)vmf->virtual_address",vmf->address); // 虚拟存储区中断地址变量为address 更之前也有差别，在mm.h 下可以找到对应 变量为long unsigned int 跟之前的有区别
		printk("%-25s %08lx\n","4)vma->vm_start",vma->vm_start);
		printk("%-25s %08lx\n","5)vma->vm_end",vma->vm_end);
		printk("%-25s %08lx\n","6)vma->vm_pgoff",vma->vm_pgoff);
		/*printk("%-25s %d\n","7)PAGE_SHIFT",PAGE_SHIFT);*/
 
		page_ptr=NULL;
 
		if((NULL==vma)||(NULL==share_memory)){ 
        
				printk("return VM_FAULT_SIGBUS!\n");
				return VM_FAULT_SIGBUS;
		}
 
		offset=vmf->address-vma->vm_start; //偏移量
 
		if(offset>=SHARE_MEM_SIZE){ 
        
				printk("return VM_FAULT_SIGBUS!");
				return VM_FAULT_SIGBUS;
		}
 
		page_ptr=share_memory+offset;
		page=vmalloc_to_page(page_ptr);
		get_page(page);
 
		vmf->page=page;
 
		return 0;
}
 
struct vm_operations_struct mmapnopage_vm_ops={ 
        
		.fault=mmapnopage_vm_fault, //中断
};
 
int mmapnopage_mmap(struct file *filp,struct vm_area_struct *vma)
{ 
        
		vma->vm_flags |= VM_NORESERVE; //缺页映射
		vma->vm_ops=&mmapnopage_vm_ops;
		return 0;
}
 
struct file_operations mmapnopage_fops={ 
         //文件操作
		.owner=THIS_MODULE, 
		.mmap=mmapnopage_mmap,
};
 
int mmapnopage_init(void) //执行insmod 时进入这个函数
{ 
        
		int lp;
		int result;
 
		result=register_chrdev(MMAPNOPAGE_DEV_MAJOR,
						MMAPNOPAGE_DEV_NAME,
						&mmapnopage_fops);
		if(result<0){ 
        
		printk("regist fails!");
				return result;
		}
 
		share_memory=vmalloc(SHARE_MEM_SIZE);
		for(lp=0;lp<SHARE_MEM_PAGE_COUNT;lp++){ 
        
				sprintf(share_memory+PAGE_SIZE*lp,"TEST %d",lp); //向字符设备写入信息
		}
		
		printk("registing...!");
		return 0;
}
 
void mmapnopage_exit(void) //执行rmmod 时进入该函数
{ 
        
		if(share_memory!=NULL){ 
        
				vfree(share_memory);
		}
		unregister_chrdev(MMAPNOPAGE_DEV_MAJOR,
						MMAPNOPAGE_DEV_NAME);
}
 
module_init(mmapnopage_init);
module_exit(mmapnopage_exit);
 
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

下面的Makefile 文件我添加了注释可能在命令后面多了空格，make会识别错误

ifeq ($(KERNELRELEASE),) //搭配上面的教程使用
CONFIG_MODULE_SIG=n //说是为了避开数字签名，加了发现也没用
PWD :=$(shell pwd) //pwd 表示当前工作目录 present work direction
KERSRC := /lib/modules/$(shell uname -r)/build/ //unama -r 指向当前的内核版本

modules:
	$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules // 执行内核模块的编译
moules_install:
	$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules_install // 将模块安装到对应的模块路径只有modules_install 执行才触发
.PHONY: modules modules_install clean //wei
clean:
	-rm -rf *.o *.cmd.* *.ko //删除中间标识文件
else
modules-objs :=nopage.o 
obj-m := nopage.o //将nopage.o 编译为nopage.ko

endif

这个Makefile 和 上面是一样的；

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
CONFIG_MODULE_SIG=n 
PWD :=$(shell pwd)
KERSRC := /lib/modules/$(shell uname -r)/build/

modules:
	$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules
moules_install:
	$(MAKE) -C $(KERSRC) M=$(PWD) modules_install
.PHONY: modules modules_install clean
clean:
	-rm -rf *.o *.cmd.* *.ko
else
modules-objs :=mmapnopage.o
obj-m := mmapnopage.o

endif

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
 
// #define DEVICE_FILENAME "/dev/mmapnopage"
#define DEVICE_FILENAME "/dev/nopage"

#define SHARE_MEM_PAGE_COUNT 4
#define SHARE_MEM_SIZE (4096*SHARE_MEM_PAGE_COUNT)
 
int main()
{ 
        
		int dev;
		int loop;
		char *ptrdata;
 
		dev=open(DEVICE_FILENAME,O_RDWR|O_NDELAY); //设备打开成功，返回句柄大于0
		if(dev < 0)printf("can't open nopage\n");		 // return < 0 fail! 
		if(dev>=0){ 
        
				printf("open file success!\n");
				ptrdata=(char*)mmap(0,
								SHARE_MEM_SIZE,
								PROT_READ|PROT_WRITE,
								MAP_SHARED,
								dev,
								0);
				for(loop=0;loop<SHARE_MEM_PAGE_COUNT;loop++){ 
        
						printf("[%-10s----%s]\n",ptrdata+4096*loop,ptrdata+4096*loop);
				}
				munmap(ptrdata,SHARE_MEM_SIZE);
				close(dev);
		}
		return 0;
}

实验出现的错误：

1. Makefile 文件 Makefile missing separator. Stop.

这是由于Makefile 文件中的空格键个数和tab键导致的 No rule to make target ‘make’, needed by ‘modules’ 解决方法：文本打开直接使用tab 键，不要用空格代替，Makefile以空格为命令行的分界，对符号敏感

进入Makefile文件

没有进入ifeq条件 猜想应该是.config 文件这个变量设置问题 找到.config 发现没有找到该变量

.config 在当前源码里面下 针对这个问题查看资料源码花费了很多时间还是没能解决 就进入下一个问题

2. gcc 没有发现，首先查找有没有安装

发现有安装（最后一个是最后安装上的）（其实主要原因还是没有安装gcc）系统自带的不能用；

后面尝试编译一个文件gcc hello.c -o test # 这个是我用来测试用的 发现这个时候找不到gcc 于是

sudo apt-get install gcc 产生这么多错误的原因是没有 sudo apt install gcc; 在排除上面这个问题的过程中花了很多时间 现在终于进入到错误里面

上面是环境问题还没进入到代码里；

接下来调试才真正进入调试阶段；

进入到头文件

这是mm.h文件下

两个错误修改地址后 note: each undeclared identifier is reported only once for each function it appears in

71行20列定位；

Make 编译成功：

insmod: ERROR: could not insert module mmapnopage.ko: Device or resource busy 这是因为申请的设备号被占用了 查看当前字符设备号使用情况

cat /proc/devices 查看设备号使用情况 将240改为 90

重新执行命令

92 可以通过命令 grep nopage /proc/devices 返回得到 参数c 代表的是字符设

./ntest 出现错误

np_test.c源码 查看是否加载模块成功 黄色代表字符设备

后来想到是不是权限问题 我先查看了一下权限 在/dev 下ll 先看mmapnopage字符设备对于普通用户只有读权限（nopage 是我修改过的，原本和mmapnopage一样） 修改为可读可写 chmod 666 nopage #（666 = rw-=4+2+0）

之后再编译一下gcc np_test.c -o ntest ./ntest

结束