【操作系统】实验七 显示进程列表

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实验七 显示进程列表

一、实验目的

掌握进程结构及进程管理原理

二、实验内容

1. 实验名称：显示进程列表
2. 实验任务：
   编写一个模块，将它作为Linux内核空间的扩展来执行，并报告模块加载时内核的当前进程信息，进一步了解用户空间和内核空间的概念。

三、实验过程记录

部分A

实验任务：查看系统已加载模块。写一个小的模块打印“hello world”。
查看已加载模块，如图所示。

编写小模块打印“hello world”
代码如下：
20191909.c文件

#include<linux/module.h>
int hello_init(void)
{printk("\nhello world\n");return 0;
}
void hello_exit(void){printk("\n bye bye world\n");
}
MODULE_AUTHOR("20191909");//id
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

Makefile文件

obj-m:=20191909.o
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD       := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

操作如下：

1.  编译 make 如图1所示
   

图1

2.  加载模块insmod 20191909.ko 如图2所示
   

图2

3.  查看日志dmesg如图3所示
   

图3
4) 删除模块rmmod 20191909.ko 如图4所示

图4

5.  查看日志dmesg如图5所示
   

图5

部分B

实验任务：设计模块遍历进程描述符链表，打印出系统的进程数目、当前进程，并尽量多地打印每个进程的信息。例如：进程PID，进程状态等。

编写代码如下：
20191909.c文件

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
static int num = -1;
module_param(num, int, S_IRUGO);
static __init int exp_init(void){struct task_struct *p = NULL;// for_each_process宏遍历系统中的每个进程，将其赋值给pprintk("数量：%d",num);for_each_process(p){if (num==0 )break;// 使用printk函数打印当前进程的PID和进程名称，real_parent->pid : 父进程id   __state ： 状态printk("pid=%d,name=%s,parent_id=%d,state=%d\n", p->pid, p->comm,p->real_parent->pid,p->__state);num--;}return 0;
}
static __exit void exp_exit(void){printk("Good bye.\n");
}
module_init(exp_init);
module_exit(exp_exit);

Makefile 文件

obj-m:=20191909.o
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD       := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

操作如下：

1.  编译make 如图6所示
   

图6

2.  加载模块insmod 20191909.ko 如图7所示
   

图7

3.  查看日志 dmesg 可以看到进程的PID、进程名称、父进程id、当前状态 如图8所示
   

图8

4.  删除模块 rmmod 20191909.ko如图9所示
   

图9

四、实验小结

本次实验旨在通过编写Linux内核模块来了解用户空间和内核空间的概念，并掌握如何显示进程列表。实验分为两部分进行。
在实验的第一部分中，我们成功编写了一个简单的内核模块，用以打印“hello world”信息。通过编译、加载模块、查看日志和删除模块的步骤，我们确认了模块的正确加载和工作。这个过程加深了我们对内核模块生命周期管理的理解。
在实验的第二部分中，我们设计了一个更复杂的内核模块，用于遍历进程描述符链表，打印出系统的进程数目、当前进程以及尽可能多的进程信息（例如：进程PID，进程状态等）。通过这个过程，我们不仅学习了如何访问和操作内核中的进程信息，还加深了对Linux内核进程管理机制的了解。
存在的问题和注意事项：

1. 在编写内核模块时，需要确保代码的稳定性和安全性，因为任何错误都可能导致系统崩溃或安全漏洞。
2. 在使用printk进行调试时，应该注意其输出级别，以免产生大量的日志信息影响系统性能。
3. 在遍历进程时，我们使用了for_each_process宏，需要了解其工作原理及如何正确使用它。
4. 模块参数的使用提供了灵活性，但也需要注意确保传入的参数是合法的，防止模块运行时出现异常。
   有待提高的能力：
5. 对内核编程的熟练度，包括更深入地理解内核API和内核编程的最佳实践。
6. 对Linux内核的整体架构和机制的理解，特别是进程管理、内存管理和模块管理等方面。
7. 调试技能的提高，包括使用更高级的内核调试工具和技术。
8. 编写更加健壮和高效的内核代码的能力。

总体而言，本次实验不仅帮助我们实践了内核模块的编写和操作，还增进了我们对Linux内核的理解，为今后深入学习Linux内核打下了良好的基础。