訪問【W(wǎng)RITE-BUG數(shù)字空間】_[內(nèi)附完整源碼和文檔]

1 總體設(shè)計(jì)思路
Linux內(nèi)核是單體式結(jié)構(gòu)，相對于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)而言，其運(yùn)行效率高，但是系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性較差。為此，Linux提供了內(nèi)核模塊（module）機(jī)制，它不僅可以彌補(bǔ)單體式內(nèi)核相對于微內(nèi)核的一些不足，而不影響系統(tǒng)性能。內(nèi)核模塊的全稱是動(dòng)態(tài)可加載內(nèi)核模塊（Loadabe Kernel Module,KLM），簡稱為模塊。模塊是一個(gè)目標(biāo)文件，能完成某種獨(dú)立的功能，但其自身不是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，不能單獨(dú)運(yùn)行，可以動(dòng)態(tài)載入內(nèi)核，使其成為內(nèi)核代碼的一部分，與其他內(nèi)核代碼的地位完全相同，當(dāng)不需要某模塊功能時(shí)，可以動(dòng)態(tài)卸載。實(shí)際上，Linux中大多數(shù)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序或文件系統(tǒng)都以模塊方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈償?shù)目繁多，體積龐大，不適合直接編譯在內(nèi)核中，而是通過模塊機(jī)制，需要時(shí)臨時(shí)加載。使用模塊機(jī)制的另一個(gè)好處是，修改模塊代碼后只需要重新編譯和加載模塊，不必重新編譯整個(gè)內(nèi)核和引導(dǎo)系統(tǒng)，減少了更新系統(tǒng)功能的復(fù)雜度。

一個(gè)模塊通常有一組函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，用來實(shí)現(xiàn)某種功能，如實(shí)現(xiàn)一種文件系統(tǒng)、一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊或其他內(nèi)核上層的功能。模塊自身不是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，當(dāng)前集成運(yùn)行過程中調(diào)用到模塊代碼時(shí)，可以認(rèn)為該段代碼就代表當(dāng)前進(jìn)程在核心態(tài)運(yùn)行。

模塊編程可以使用內(nèi)核的一些全局變量和函數(shù)，內(nèi)核符號表就是用來存放所有模塊都可以訪問的符號及相應(yīng)地址的表，存放在/proc/kallsyms文件中，可以使用“cat /proc/kallsyms”命令查看當(dāng)前環(huán)境下導(dǎo)出的內(nèi)核符號。

通常情況下，一個(gè)模塊只需實(shí)現(xiàn)自己的功能，而無需導(dǎo)出任何符號；但如果其他模塊需要調(diào)用這個(gè)模塊的函數(shù)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，該模塊也可以導(dǎo)出符號。這樣，其他模塊可以使用由該模塊導(dǎo)出的符號，利用現(xiàn)成的代碼實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，這種技術(shù)也被稱為模塊層疊技術(shù)，當(dāng)前已經(jīng)使用在很多主流的內(nèi)核源代碼中。

2 主要函數(shù)的接口設(shè)計(jì)
module1：設(shè)計(jì)一個(gè)模塊，要求列出系統(tǒng)中所有內(nèi)核線程的程序名、PID、進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程優(yōu)先級、父進(jìn)程的PID
module2：設(shè)計(jì)一個(gè)帶參數(shù)的模塊，其參數(shù)為某個(gè)進(jìn)程的PID號，模塊的功能時(shí)列出該進(jìn)程的家族信息，包括父進(jìn)程、兄弟進(jìn)程和子進(jìn)程的程序名、PID號、進(jìn)程狀態(tài)
模塊中包括兩個(gè)函數(shù)：

定義module_init()函數(shù)初始化模塊、定義module_exit()函數(shù)卸載模塊
對于需要傳遞參數(shù)的模塊，我們使用module_param()來傳遞參數(shù)
task_struct是Linux內(nèi)核的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它會被裝載到RAM中并且包含著進(jìn)程的信息。每個(gè)進(jìn)程都把它的信息放在 task_struct 這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體，task_struct 包含了這些內(nèi)容：

標(biāo)示符 ： 描述本進(jìn)程的唯一標(biāo)識符，用來區(qū)別其他進(jìn)程
狀態(tài) ：任務(wù)狀態(tài)，退出代碼，退出信號等
優(yōu)先級 ：相對于其他進(jìn)程的優(yōu)先級
程序計(jì)數(shù)器：程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址
內(nèi)存指針：包括程序代碼和進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進(jìn)程共享的內(nèi)存塊的指針
上下文數(shù)據(jù)：進(jìn)程執(zhí)行時(shí)處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)
I／O狀態(tài)信息：包括顯示的I/O請求,分配給進(jìn)程的I／O設(shè)備和被進(jìn)程使用的文件列表
記賬信息：可能包括處理器時(shí)間總和，使用的時(shí)鐘數(shù)總和，時(shí)間限制，記賬號等
有關(guān)進(jìn)程信息還有以下三點(diǎn)需要了解：

保存進(jìn)程信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)叫做 task_struct，可以在 include/linux/sched.h 中找到它
所有運(yùn)行在系統(tǒng)中的進(jìn)程都以 task_struct 鏈表的形式存在內(nèi)核中
進(jìn)程的信息可以通過 /proc 系統(tǒng)文件夾查看。要獲取PID為400的進(jìn)程信息，你需要查看 /proc/400 這個(gè)文件夾。大多數(shù)進(jìn)程信息同樣可以使用top和ps這些用戶級工具來獲取