操作系统实验：Linux内核进程

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我是靠谱客的博主感动火龙果，最近开发中收集的这篇文章主要介绍操作系统实验：Linux内核进程，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

文章来源：
https://blog.csdn.net/qq_43561345/article/details/110420372
https://www.cnblogs.com/nanfengnan/p/14931891.html

任务一：练习在内核模块中打印linux PCB中的关键信息
任务要求：
（1）遍历系统中的所有task，打印每个task的PID、其父进程PID、进程优先级、进程静态优先级、进程状态信息(十六进制打印)，每个task信息占一行，要求打印出的信息清晰美观。
（2）统计系统中当前正在运行的进程数，并打印。
提示：
1、遍历系统中所有进程所使用的接口for_each_process，定义在头文件<linux/sched.h>中。
2、求打印的关键信息和结构体成员的对应关系如下：
task PID（pid）
父进程PID（real_parent->pid）
进程优先级（prio）
进程静态优先级(static_prio)
进程状态(state)
实验步骤
实验内容一
1、编写模块代码（文件名hello.c，随便创建一个文件夹放在里边就好）

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/sched.h>

// 初始化函数
static int hello_init(void)
{
    int count=0;//记录当前系统中的进程数目
    struct task_struct *p;  //Linux内核的进程控制块是task_struct结构体，所有运行在系统中的进程都以task_struct链表的形式存在内核中
    printk(KERN_ALERT"pidtparent->pidtpriotstatic_priotstatet");
    for_each_process(p)  //for_each_process是一个宏，在sched.h里面定义: 是从init_task开始遍历系统所有进程，init_task是进程结构链表头。
    {
        if(p->mm == NULL){ //对于内核线程，mm为NULL
            printk(KERN_ALERT"%dt%dtt%ldt%ldtt%xn",p->pid, p->real_parent->pid, p->prio, p->static_prio, p->state);
        }
        if(p->state == 0){
			count++;
		}
    }
    printk("The number of currently running processes:%dn",count);
    return 0;
}
// 清理函数
static void hello_exit(void)
{
    printk(KERN_ALERT"goodbye!n");
}

// 函数注册
module_init(hello_init);  
module_exit(hello_exit);  
// 模块许可申明
MODULE_LICENSE("GPL");

2、编写Makefile（文件名Makefile，下面代码中，$(MAKE)前面的是Tab，不是单纯的空格）这个文件和hello.c写在一个文件夹内

obj-m:=hello.o
PWD:= $(shell pwd)
KERNELDIR:= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
EXTRA_CFLAGS= -O0

all:
	make -C $(KERNELDIR)  M=$(PWD) modules
clean:
	make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean

obj-m: 编译成可动态加载的module，通过insmod动态重定位装入到内核
obj-y: 静态编译链接进内核，在系统启动过程中进行初始化
在这里插入图片描述
3、编译，添加模块，并输出日志
（1）编译

make

（2）添加模块

insmod hello.ko

（3）输出日志查看效果

dmesg

（4）若要修改hello.c代码，重新添加同名模块前需要先卸载模块，否则会报错。

rmmod hello.ko

在这里插入图片描述
任务二：体会linux用户线程和内核线程
背景知识：Linux 实现线程由两部分组成：内核的线程支持+用户态的库支持(glibc)。Linux 在早期的时候并不支持内核级线程，因此在用户态的 glibc 库中就以用户态线程的方式支持多线程了，每个线程都有一个 id，我们给它叫 utid（或 tid）。后来的 Linux 内核支持多线程了，一个进程中的所有内核线程属于同一组，每个内核线程有唯一的编号，我们给它起名为 ktid(以区别用户态 tid)，于是一个线程就有了两个编号，utid 和和 ktid。这里强调的是，用户级线程遵循 POSIX 标准，具有可移植性。可以看到 Linux 中，用户级线程与内核级线程是一对一模型。
任务要求：
在用户空间进程中创建一个线程，分别打印主线程、新创建线程两个线程的PID、在用户空间的id、线程在内核空间中的id。
提示：
（1）创建用户线程的接口：pthread_create
（2）获取线程用户空间id的接口：pthread_self()
（3）获取线程在内核空间id的方法：gettid(),但此系统调用没有被封装到库中，因此可以先使用：#define gettid() syscall(__NR_gettid),声明之后再使用。

#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>

//定义宏
#define gettid() syscall(__NR_gettid)

//主要加深用户线程和内核级线程对应的模型
pthread_t ntid;

void *printids(void *s)
{
        pid_t pid; //进程号
        pid_t ktid; //内核级线程号
        pthread_t utid; //用户级线程号

        pid = getpid();  //得到当前进程号
        ktid = gettid(); //获得内核级线程线程号
        utid = pthread_self(); //获得用户级线程号

        //s是外部传入进来的参数
        printf("%s pid %u ktid %u utid %u (0x%x)n",
                (char *)s,(unsigned int)pid,(unsigned int)ktid,
                (unsigned int)utid,(unsigned int)utid);
        pause();
}
int main(void)
{
        //主线程main()调用pthread_create创建一个子线程
        pthread_create(&ntid,NULL,&printids,"new thread:");

        //主线程main()调用printids()打印自己的线程号和所属的进程号
        printids("main thread:");
        sleep(1);

        return 0;
}