Linux内核设备驱动之proc文件系统笔记整理

下面是关于“Linux内核设备驱动之proc文件系统笔记整理”的完整攻略：

概述

proc文件系统是一个伪文件系统（虚拟文件系统），它存在于内存中，不占用硬盘空间。它允许内核把内部数据结构暴露给用户空间，并提供了一种简单的接口，以便用户空间程序与内核模块之间相互通信和传递信息。

本篇攻略对proc文件系统进行详细讲解，介绍proc文件系统的特性、常用文件操作、编写proc文件的方法以及示例代码等。

特性

proc文件系统是一个伪文件系统（虚拟文件系统），不占用硬盘空间，存在于内存中。
proc文件系统建立在内核中，是内核数据结构的一种映射，可以获得内核的各种数据信息。
proc文件系统不要求提供存储器操作，无需磁盘空间即可存取当前系统运行的各种数据信息。
proc文件系统不要求硬件支持，基本所有的Linux操作系统都支持proc文件系统。

常用文件操作

在proc文件系统中，常用的文件操作有：

读文件：将文件的内容读出来，可以通过cat等命令实现。
写文件：向文件写入数据，可以通过echo等命令实现。
打开文件：在应用程序中打开一个文件，是通过open()函数实现的。
关闭文件：关闭文件可以通过close()函数实现。

编写proc文件的方法

编写proc文件需要原理内核模块，使用proc接口来处理读/写等操作，并将其挂载到proc文件系统中。下面介绍一下编写proc文件的方法：

1. 创建结构体

首先需要定义一个包含读操作和写操作的结构体：

struct file_operations fop = {
    .read = my_read,
    .write = my_write
};

my_read和my_write是读写操作的函数地址，需要编写对应的读写函数实现。

2. 指定proc文件名

定义好file_operations结构体之后，需要用proc_create函数来注册proc文件。此函数原型为：

struct proc_dir_entry *proc_create(const char *name, mode_t mode, struct proc_dir_entry *parent, const struct file_operations *proc_fops);

其中，name是proc文件的文件名，mode是文件的权限，parent是proc文件的父目录，proc_fops是文件操作结构体。

3. 实现读函数

在file_operations结构体中定义的读函数，实际上就是读取内核数据结构并将其以ASCII码的形式输出。读函数的原型如下：

ssize_t my_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos);

其中，file是文件指针，用于访问文件的数据；buf是用于存储文件数据的缓冲区；count是要读取数据字节数；ppos是文件偏移量。读函数需要返回成功读取的字节数。

4. 实现写函数（可选）

与读函数类似，写函数实现了将用户输入的数据解析并放入内核数据结构中的功能。写函数的原型如下：

ssize_t my_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos);

其中，file是文件指针，用于访问文件的数据；buf是包含写入数据的缓冲区；count是要写入数据的字节数；ppos是文件偏移量。写函数需要返回成功写入的字节数。

示例说明

为了更好地理解proc文件系统的用法和创建过程，以下提供两个示例。

示例1：实现读取系统级别内存信息的proc文件

此示例实现了一个proc文件用来读取系统级别的内存信息。具体实现步骤如下：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/mm.h>

#define PROC_MEMINFO "proc-test"

MODULE_AUTHOR("My Name");
MODULE_LICENSE("GPL");

static struct proc_dir_entry *meminfo_entry;

static int meminfo_read_proc(char *page, char **start, off_t off, int count, int *eof, void *data)
{
    int len;

    // 读取系统内存信息，并将信息格式化
    len = sprintf(page, "Total RAM: %lu\n", totalram_pages);
    len += sprintf(page + len, "Free RAM : %lu\n", freeram_pages);
    len += sprintf(page + len, "Shared RAM: %lu\n", totalcma_pages);
    len += sprintf(page + len, "Number of processes : %d\n", nr_processes());
    return len;
}

static int __init meminfo_init(void)
{
    // 创建目录项
    meminfo_entry = proc_create(PROC_MEMINFO, 0, NULL, &meminfo_file_ops);
    if (meminfo_entry == NULL) {
        printk(KERN_ERR "meminfo: Could not create proc entry\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk(KERN_INFO "meminfo: Module loaded.\n");
    return 0;
}

static void __exit meminfo_exit(void)
{
    // 移除目录项
    remove_proc_entry(PROC_MEMINFO, NULL);
    printk(KERN_INFO "meminfo: Module unloaded.\n");
}

module_init(meminfo_init);
module_exit(meminfo_exit);

在该示例中创建了一个名为proc-test的proc文件，读函数meminfo_read_proc实现了读取系统内存信息的功能。这个函数会读取系统内存信息，并将信息格式化后放入page缓冲区中。

示例2：实现简单的统计字符数和行数的proc文件

此示例实现了一个proc文件用来读取指定文件的字符数和行数。具体实现步骤如下：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>

#define PROC_MYFILE "proc-mycalc"

MODULE_AUTHOR("My Name");
MODULE_LICENSE("GPL");

static char my_str[100];
static struct proc_dir_entry *myfile_entry;

static int mycalc_read_proc(char *page, char **start, off_t off, int count, int *eof, void *data)
{
    char tmp_str[100];
    unsigned int length = 0;
    unsigned int words = 0;
    int i = 0;
    mm_segment_t old_fs;
    struct file *f;

    // 打开指定的文件
    f = filp_open(my_str, O_RDONLY, 0);
    if (IS_ERR(f)) {
        printk(KERN_ERR "mycalc: Could not open file %s\n", my_str);
        return -1;
    }

    // 读取文件内容并计算字符数和行数
    old_fs = get_fs();
    set_fs(KERNEL_DS);
    while (vfs_read(f, tmp_str, 100, &f->f_pos) > 0) {
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            if (tmp_str[i] == '\n') {
                words++;
            } else {
                length++;
            }
        }
    }
    set_fs(old_fs);

    filp_close(f, NULL);

    return sprintf(page, "Length: %u\nWords : %u\n", length, words);
}

static ssize_t mycalc_write_proc(struct file *file, const char __user *buffer, unsigned long count, void *data)
{
    int len = count;

    if (len > 99) {
        len = 99;
    }
    if (copy_from_user(my_str, buffer, len)) {
        return -EFAULT;
    }
    my_str[len-1] = '\0';
    return count;
}

static struct file_operations mycalc_file_ops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = mycalc_read_proc,
    .write = mycalc_write_proc,
};

static int __init mycalc_init(void)
{
    // 创建目录项
    myfile_entry = proc_create(PROC_MYFILE, 0666, NULL, &mycalc_file_ops);
    if (myfile_entry == NULL) {
        printk(KERN_ERR "mycalc: Could not create proc entry\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk(KERN_INFO "mycalc: Module loaded.\n");
    return 0;
}

static void __exit mycalc_exit(void)
{
    // 移除目录项
    remove_proc_entry(PROC_MYFILE, NULL);
    printk(KERN_INFO "mycalc: Module unloaded.\n");
}

module_init(mycalc_init);
module_exit(mycalc_exit);

在该示例中创建了一个名为proc-mycalc的proc文件，读函数mycalc_read_proc实现了读取指定文件的字符数和行数的功能。写函数mycalc_write_proc实现了写入文件名的功能。这些函数都是自己实现的，没有调用任何已有的函数。

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