2017-2018-1 20155232 《信息安全系系统设计基础》实验四

2017-2018-1 20155232 《信息安全系系统设计基础》实验四

实验1学习资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章，提交康奈尔笔记的照片（可以多张）

实验2在Ubuntu完成资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章的test试验，提交编译，加载模块，卸载模块，测试运行的截图（要多张，全屏，体现学号信息）

实验目的

该实验是编写最简单的字符驱动程序，这里的设备也就是一段内存，实现简单的读写功能，并列出常用格式的Makefile以及驱动的加载和卸载脚本。读者可以熟悉字符设备驱动的整个编写流程。

1.驱动程序的源代码test_drv.c：

/* test_drv.c */
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>
#define     TEST_DEVICE_NAME    "test_dev"
#define        BUFF_SZ                1024 

/*全局变量*/
static struct cdev test_dev;
unsigned int major =0;
static char *data = NULL; 

/*读函数*/
static ssize_t test_read(struct file *file,char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
 {
     int len;
     if (count < 0 )
    {
         return -EINVAL;
     }
     len = strlen(data);
     count = (len > count)?count:len;
     if (copy_to_user(buf, data, count)) /* 将内核缓冲的数据拷贝到用户空间*/
     {
         return -EFAULT;
     }
     return count;
 }
/*写函数*/
static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer, size_t count, loff_t *f_pos)
{
     if(count < 0)
     {
         return -EINVAL;
     }
     memset(data, 0, BUFF_SZ);
         count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;
     if (copy_from_user(data, buffer, count)) /* 将用户缓冲的数据复制到内核空间*/
     {
         return -EFAULT;
     }
     return count;
 }
 /*打开函数*/
 static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
 {
     printk("This is open operation\n");
    /* 分配并初始化缓冲区*/
     data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);
    if (!data)
    {
         return -ENOMEM;
     }
 memset(data, 0, BUFF_SZ);
      return 0;
 }
 /*关闭函数*/
 static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)
{
     printk("This is release operation\n");
     if (data)
     {
         kfree(data);
 /* 释放缓冲区*/
         data = NULL; /* 防止出现野指针 */
     }
     return 0;
 }
/* 创建、初始化字符设备，并且注册到系统*/
static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor, struct file_operations *fops)
{
     int err, devno = MKDEV(major, minor);
     cdev_init(dev, fops);
     dev->owner = THIS_MODULE;
     dev->ops = fops;
     err = cdev_add (dev, devno, 1);
     if (err)

     {
         printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);
     }
 } 

/* 虚拟设备的 file_operations 结构 */
static struct file_operations test_fops =
  {
     .owner   = THIS_MODULE,
     .read    = test_read,
     .write   = test_write,
     .open    = test_open,
     .release = test_release,
}; 

/*模块注册入口*/
 int init_module(void)
 {
     int result;
     dev_t dev = MKDEV(major, 0); 

    if (major)
     {/* 静态注册一个设备，设备号先前指定好，并设定设备名，用 cat /proc/devices 来查看*/
      result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);
     }
     else
      {
         result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);
     } 

    if (result < 0)
      {
         printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d\n", major);
         return result;
     }
     test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
     printk("The major of the test device is %d\n", major);
     return 0;
 } 

/*卸载模块*/
void cleanup_module(void)
  {
     cdev_del(&test_dev);
     unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
     printk("Test device uninstalled\n");
 }

2.虚拟设备的驱动程序的Makefile:

KERNELDIR=/usr/src/4.4.0-101-generic

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
modules:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
    rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
.PHONY: modules modules_install clean
else
    obj-m := test_drv.o
endif 

3.加载和卸载模块。

通过下面两个脚本代码分别实现驱动模块的加载和卸载。

加载脚本

test_drv_load

如下所示：

#!/bin/sh
# 驱动模块名称
module="test_drv"
# 设备名称。在/proc/devices中出现
device="test_dev"
# 设备文件的属性
mode="664"
group="david"        

# 删除已存在的设备节点
rm -f /dev/${device}
# 加载驱动模块
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
# 查到创建设备的主设备号
major=`cat /proc/devices | awk "\\$2==\"$device\" {print \\$1}"`
# 创建设备文件节点
mknod /dev/${device} c $major 0
# 设置设备文件属性
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode  /dev/${device}

卸载脚本test_drv_unload如下所示：

#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"
# 卸载驱动模块
/sbin/rmmod $module $* || exit 1
# 删除设备文件
rm -f /dev/${device}
exit 0

4.编写测试代码

/* test.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define     TEST_DEVICE_FILENAME        "/dev/test_dev"        /* 设备文件名*/
#define        BUFF_SZ                        1024                /* 缓冲大小 */

int main()
{
    int fd, nwrite, nread;
    char buff[BUFF_SZ];        /*缓冲区*/
    /* 打开设备文件 */
    fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    do
    {
        printf("Input some words to kernel(enter ‘quit‘ to exit):");
        memset(buff, 0, BUFF_SZ);
        if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)
        {
            perror("fgets");
            break;
        }
        buff[strlen(buff) - 1] = ‘\0‘;
        if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) /* 向设备写入数据 */
        {
            perror("write");
            break;
        }
        if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0)        /* 从设备读取数据 */
        {
            perror("read");
            break;
        }
        else
        {
            printf("The read string is from kernel:%s\n", buff);
        }
    } while(strncmp(buff, "quit", 4));
    close(fd);
    exit(0);
}

5.在命令行输入

make clean;make

6.运行

./**test_drv_load**

7.编译并运行测试程序

 gcc –o test test.c
 ./test

8.运行截图

9.卸载驱动程序

./test_drv_unload**

实验三

在实验箱中通过交叉编译完成test实验，提交编译，加载模块，卸载模块，测试运行的截图（要多张，全屏，体现学号信息）

因实验室电脑没有网络，实验箱和电脑的超级终端始终无法ping通，因此无法完成。

实验中出现的问题

• makefile文件中出现的错误：

  

• 解决：

将里面的空格换成tab键即可解决。

• 在实验二中，加载驱动模块时总是出现权限不够的问题，无法执行。
• 解决：在每条命令前加上sudo，以此来提高权限便可正常运行。