4.3. 用查询来调试

注意, 有更好的方法实现大的 /proc 文件; 它称为 seq_file, 我们很快会讨论它. 首先, 然而, 是时间举个例子了. 下面是一个简单的(有点丑陋) read_proc 实现, 为 scull 设备:

int scull_read_procmem(char *buf, char **start, off_t offset, int count, int *eof, void *data)
{
    int i, j, len = 0;
    int limit = count - 80; /* Don't print more than this */
    for (i = 0; i < scull_nr_devs && len <= limit; i++) {
        struct scull_dev *d = &scull_devices[i];
        struct scull_qset *qs = d->data;
        if (down_interruptible(&d->sem))
            return -ERESTARTSYS;
        len += sprintf(buf+len,"\nDevice %i: qset %i, q %i, sz %li\n", i, d->qset, d->quantum, d->size);
        for (; qs && len <= limit; qs = qs->next) { /* scan the list */
            len += sprintf(buf + len, " item at %p, qset at %p\n", qs, qs->data);
            if (qs->data && !qs->next) /* dump only the last item */
                for (j = 0; j < d->qset; j++) {
                    if (qs->data[j])
                        len += sprintf(buf + len, " % 4i: %8p\n", j, qs->data[j]);
                }
        }
        up(&scull_devices[i].sem);
    }
    *eof = 1;
    return len;
}

这是一个相当典型的 read_proc 实现. 它假定不会有必要产生超过一页数据并且因此忽略了 start 和 offset 值. 它是, 但是, 小心地不覆盖它的缓存, 只是以防万一.

4.3.1.2. 老接口

如果你阅览内核源码, 你会遇到使用老接口实现 /proc 的代码:

int (*get_info)(char *page, char **start, off_t offset, int count);

所有的参数的含义同 read_proc 的相同, 但是没有 eof 和 data 参数. 这个接口仍然支持, 但是将来会消失; 新代码应当使用 read_proc 接口来代替.

4.3.1.3. 创建你的 /proc 文件

一旦你有一个定义好的 read_proc 函数, 你应当连接它到 /proc 层次中的一个入口项. 使用一个 creat_proc_read_entry 调用:

struct proc_dir_entry *create_proc_read_entry(const char *name,mode_t mode, struct proc_dir_entry *base, read_proc_t *read_proc, void *data);

这里, name 是要创建的文件名子, mod 是文件的保护掩码(缺省系统范围时可以作为 0 传递), base 指出要创建的文件的目录( 如果 base 是 NULL, 文件在 /proc 根下创建 ), read_proc 是实现文件的 read_proc 函数, data 被内核忽略( 但是传递给 read_proc). 这就是 scull 使用的调用, 来使它的 /proc 函数可用做 /proc/scullmem:

create_proc_read_entry("scullmem", 0 /* default mode */,
                       NULL /* parent dir */, scull_read_procmem,
                       NULL /* client data */);

这里, 我们创建了一个名为 scullmem 的文件, 直接在 /proc 下, 带有缺省的, 全局可读的保护.

目录入口指针可用来在 /proc 下创建整个目录层次. 但是, 注意, 一个入口放在 /proc 的子目录下会更容易, 通过简单地给出目录名子作为这个入口名子的一部分 -- 只要这个目录自身已经存在. 例如, 一个(常常被忽略)传统的是 /proc 中与设备驱动相连的入口应当在 driver/ 子目录下; scull 能够安放它的入口在那里, 简单地通过指定它为名子 driver/scullmem.

/proc 中的入口, 当然, 应当在模块卸载后去除. remove_proc_entry 是恢复 create_proc_read_entry 所做的事情的函数:

remove_proc_entry("scullmem", NULL /* parent dir */);

去除入口失败会导致在不希望的时间调用, 或者, 如果你的模块已被卸载, 内核崩掉.

当如展示的使用 /proc 文件, 你必须记住几个实现的麻烦事 -- 不要奇怪现在不鼓励使用它.

最重要的问题是关于去除 /proc 入口. 这样的去除很可能在文件使用时发生, 因为没有所有者关联到 /proc 入口, 因此使用它们不会作用到模块的引用计数. 这个问题可以简单的触发, 例如通过运行 sleep 100 < /proc/myfile, 刚好在去除模块之前.

另外一个问题时关于用同样的名子注册两个入口. 内核信任驱动, 不会检查名子是否已经注册了, 因此如果你不小心, 你可能会使用同样的名子注册两个或多个入口. 这是一个已知发生在教室中的问题, 这样的入口是不能区分的, 不但在你存取它们时, 而且在你调用 remove_proc_entry 时.

4.3.1.4. seq_file 接口

如我们上面提到的, 在 /proc 下的大文件的实现有点麻烦. 一直以来, /proc 方法因为当输出数量变大时的错误实现变得声名狼藉. 作为一种清理 /proc 代码以及使内核开发者活得轻松些的方法, 添加了 seq_file 接口. 这个接口提供了简单的一套函数来实现大内核虚拟文件.

set_file 接口假定你在创建一个虚拟文件, 它涉及一系列的必须返回给用户空间的项. 为使用 seq_file, 你必须创建一个简单的 "iterator" 对象, 它能在序列里建立一个位置, 向前进, 并且输出序列里的一个项. 它可能听起来复杂, 但是, 实际上, 过程非常简单. 我们一步步来创建 /proc 文件在 scull 驱动里, 来展示它是如何做的.

第一步, 不可避免地, 是包含 . 接着你必须创建 4 个 iterator 方法, 称为 start, next, stop, 和 show.

start 方法一直是首先调用. 这个函数的原型是:

void *start(struct seq_file *sfile, loff_t *pos);

sfile 参数可以几乎是一直被忽略. pos 是一个整型位置值, 指示应当从哪里读. 位置的解释完全取决于实现; 在结果文件里不需要是一个字节位置. 因为 seq_file 实现典型地步进一系列感兴趣的项, position 常常被解释为指向序列中下一个项的指针. scull 驱动解释每个设备作为系列中的一项, 因此进入的 pos 简单地是一个 scull_device 数组的索引. 因此, scull 使用的 start 方法是:

static void *scull_seq_start(struct seq_file *s, loff_t *pos)
{
    if (*pos >= scull_nr_devs)
        return NULL;  /* No more to read */
    return scull_devices + *pos;
}

返回值, 如果非NULL, 是一个可以被 iterator 实现使用的私有值.

next 函数应当移动 iterator 到下一个位置, 如果序列里什么都没有剩下就返回 NULL. 这个方法的原型是:

void *next(struct seq_file *sfile, void *v, loff_t *pos);

这里, v 是从前一个对 start 或者 next 的调用返回的 iterator, pos 是文件的当前位置. next 应当递增有 pos 指向的值; 根据你的 iterator 是如何工作的, 你可能(尽管可能不会)需要递增 pos 不止是 1. 这是 scull 所做的:

static void *scull_seq_next(struct seq_file *s, void *v, loff_t *pos)
{
    (*pos)++;
    if (*pos >= scull_nr_devs)
        return NULL;
    return scull_devices + *pos;
}

当内核处理完 iterator, 它调用 stop 来清理:

void stop(struct seq_file *sfile, void *v);

scull 实现没有清理工作要做, 所以它的 stop 方法是空的.

设计上, 值得注意 seq_file 代码在调用 start 和 stop 之间不睡眠或者进行其他非原子性任务. 你也肯定会看到在调用 start 后马上有一个 stop 调用. 因此, 对你的 start 方法来说请求信号量或自旋锁是安全的. 只要你的其他 seq_file 方法是原子的, 调用的整个序列是原子的. (如果这一段对你没有意义, 在你读了下一章后再回到这.)

在这些调用中, 内核调用 show 方法来真正输出有用的东西给用户空间. 这个方法的原型是:

int show(struct seq_file *sfile, void *v);

这个方法应当创建序列中由 iterator v 指示的项的输出. 不应当使用 printk, 但是; 有一套特殊的用作 seq_file 输出的函数:

int seq_printf(struct seq_file sfile, const char fmt, ...);
这是给 seq_file 实现的 printf 对等体; 它采用常用的格式串和附加值参数. 你必须也将给 show 函数的 set_file 结构传递给它, 然而. 如果seq_printf 返回非零值, 意思是缓存区已填充, 输出被丢弃. 大部分实现忽略了返回值, 但是.

int seq_putc(struct seq_file sfile, char c);int seq_puts(struct seq_file sfile, const char *s);
它们是用户空间 putc 和 puts 函数的对等体.

int seq_escape(struct seq_file m, const char s, const char *esc);
这个函数是 seq_puts 的对等体, 除了 s 中的任何也在 esc 中出现的字符以八进制格式打印. esc 的一个通用值是"\t\n\", 它使内嵌的空格不会搞乱输出和可能搞乱 shell 脚本.

int seq_path(struct seq_file sfile, struct vfsmount m, struct dentry dentry, char esc);
这个函数能够用来输出和给定命令项关联的文件名子. 它在设备驱动中不可能有用; 我们是为了完整在此包含它.

回到我们的例子; 在 scull 使用的 show 方法是:

static int scull_seq_show(struct seq_file *s, void *v)
{
    struct scull_dev *dev = (struct scull_dev *) v;
    struct scull_qset *d;
    int i;
    if (down_interruptible (&dev->sem))
        return -ERESTARTSYS;
    seq_printf(s, "\nDevice %i: qset %i, q %i, sz %li\n",
               (int) (dev - scull_devices), dev->qset,
               dev->quantum, dev->size);
    for (d = dev->data; d; d = d->next) { /* scan the list */
        seq_printf(s, " item at %p, qset at %p\n", d, d->data);
        if (d->data && !d->next) /* dump only the last item */
            for (i = 0; i < dev->qset; i++) {
                if (d->data[i])
                    seq_printf(s, " % 4i: %8p\n",
                               i, d->data[i]);
            }
    }
    up(&dev->sem);
    return 0;
}

这里, 我们最终解释我们的" iterator" 值, 简单地是一个 scull_dev 结构指针.

现在已有了一个完整的 iterator 操作的集合, scull 必须包装起它们, 并且连接它们到 /proc 中的一个文件. 第一步是填充一个 seq_operations 结构:

static struct seq_operations scull_seq_ops = {
 .start = scull_seq_start,
 .next = scull_seq_next,
 .stop = scull_seq_stop,
 .show = scull_seq_show
};

有那个结构在, 我们必须创建一个内核理解的文件实现. 我们不使用前面描述过的 read_proc 方法; 在使用 seq_file 时, 最好在一个稍低的级别上连接到 /proc. 那意味着创建一个 file_operations 结构(是的, 和字符驱动使用的同样结构) 来实现所有内核需要的操作, 来处理文件上的读和移动. 幸运的是, 这个任务是简单的. 第一步是创建一个 open 方法连接文件到 seq_file 操作:

static int scull_proc_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return seq_open(file, &scull_seq_ops);
}

调用 seq_open 连接文件结构和我们上面定义的序列操作. 事实证明, open 是我们必须自己实现的唯一文件操作, 因此我们现在可以建立我们的 file_operations 结构:

static struct file_operations scull_proc_ops = {
 .owner = THIS_MODULE,
 .open = scull_proc_open,
 .read = seq_read,
 .llseek = seq_lseek,
 .release = seq_release
};

这里我们指定我们自己的 open 方法, 但是使用预装好的方法 seq_read, seq_lseek, 和 seq_release 给其他.

最后的步骤是创建 /proc 中的实际文件:

entry = create_proc_entry("scullseq", 0, NULL);
if (entry)
    entry->proc_fops = &scull_proc_ops;

不是使用 create_proc_read_entry, 我们调用低层的 create_proc_entry, 我们有这个原型:

struct proc_dir_entry *create_proc_entry(const char *name,mode_t mode,struct proc_dir_entry *parent);

参数和它们的在 create_proc_read_entry 中的对等体相同: 文件名子, 它的位置, 以及父目录.

有了上面代码, scull 有一个新的 /proc 入口, 看来很象前面的一个. 但是, 它是高级的, 因为它不管它的输出有多么大, 它正确处理移动, 并且通常它是易读和易维护的. 我们建议使用 seq_file , 来实现包含多个非常小数目的输出行数的文件.

4.3.2. ioctl 方法

ioctl, 我们在第 1 章展示给你如何使用, 是一个系统调用, 作用于一个文件描述符; 它接收一个确定要进行的命令的数字和(可选地)另一个参数, 常常是一个指针. 作为一个使用 /proc 文件系统的替代, 你可以实现几个用来调试用的 ioctl 命令. 这些命令可以从驱动拷贝相关的数据结构到用户空间, 这里你可以检查它们.

这种方式使用 ioctl 来获取信息有些比使用 /proc 困难, 因为你需要另一个程序来发出 ioctl 并且显示结果. 必须编写这个程序, 编译, 并且与你在测试的模块保持同步. 另一方面, 驱动侧代码可能容易过需要实现一个 /proc 文件的代码.

有时候 ioctl 是获取信息最好的方法, 因为它运行比读取 /proc 快. 如果在数据写到屏幕之前必须做一些事情, 获取二进制形式的数据比读取一个文本文件要更有效. 另外, ioctl 不要求划分数据为小于一页的片段.

ioctl 方法的另一个有趣的优点是信息获取命令可留在驱动中, 当调试被禁止时. 不象对任何查看目录的人(并且太多人可能奇怪"这个怪文件是什么")都可见的 /proc 文件, 不记入文档的 ioctl 命令可能保持不为人知. 另外, 如果驱动发生了怪异的事情, 它们仍将在那里. 唯一的缺点是模块可能会稍微大些.

[14] 连字号, 或者减号, 是一个"魔术"标识以阻止 syslogd 刷新文件到磁盘在每个新消息, 有关文档在 syslog.conf(5), 一个值得一读的 manpage.