Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- so2:laboratoare:lab05:exercitii [2018/03/21 08:43]
ionel.ghita
+++ so2:laboratoare:lab05:exercitii [2019/03/20 11:49] (current)
gabriel.bercaru [1. [2.5p] Alocare de porturi I/O] - fixed typo ('kdb' instead of 'kbd')
@@ Line 104: / Line 104: @@
 Obiectivul exercițiilor următoare este să creați un driver pentru a intercepta tastele apăsate (//keylogger//). Driver-ul va intercepta IRQ-ul destinat controller-ului de tastatură și va inspecta codurile tastelor primite, stocându-le într-un buffer.
-==== 1. [1.5p] Alocare de porturi I/O ====
+==== 1. [2.5p] Alocare de porturi I/O ====
 Pentru început ne propunem să alocăm spații din zona I/O pentru dispozitive hardware. Vom vedea că nu putem să alocăm spațiu pentru tastatură întrucât regiunea aferentă e deja alocată. Apoi vom aloca spațiu I/O pentru porturi care nu sunt folosite.
@@ Line 110: / Line 110: @@
 În fișierul ''kbd.c'' avem un schelet de implementare a unui driver de tastatură. Parcurgeți codul sursă din acest fișier și urmăriți funcția ''kbd_init''. Observați că porturile de care avem nevoie sunt ''I8042_STATUS_REG'' și ''I8042_DATA_REG''.
-Urmăriți comentariile marcate cu ''TODO 1'' pentru a înregistra porturile de I/O și asigurați-vă că ați tratat corect erorile. De asementea, deînregistrați porturile în funcția ''kbd_exit''.
+Urmăriți comentariile marcate cu ''TODO 1'' pentru a înregistra porturile de I/O și asigurați-vă că ați tratat corect erorile. De asemenea, deînregistrați porturile în funcția ''kbd_exit''.
 <note tip>
@@ Line 119: / Line 119: @@
 make build
 </code>și, după ce l-ați copiat pe mașina virtuală, încărcați-l în nucleu, în mașina virtuală QEMU, folosind comanda<code>
-insmod so2_kbd.ko
+insmod kbd.ko
 </code>
-Observați că obțineți eroare la încărcare: //%%insmod: Can't insert '.../so2_kbd.ko': Device or resource busy%%//. Acest lucru se întâmplă întrucât avem deja un driver care a întregistrat spațiul de I/O și kernel-ul poate deja accesa porturile I/O aferente. Ca să validăm că, într-adevăr, adresele aferente celor două registre (''STATUS_REG'' și ''DATA_REG'') sunt înregistrate, rulăm, în mașina virtuală QEMU comanda<code>
+Observați că obțineți eroare la încărcare: //%%insmod: Can't insert 'kbd.ko': Device or resource busy%%//. Acest lucru se întâmplă întrucât avem deja un driver care a întregistrat spațiul de I/O și kernel-ul poate deja accesa porturile I/O aferente. Ca să validăm că, într-adevăr, adresele aferente celor două registre (''STATUS_REG'' și ''DATA_REG'') sunt înregistrate, rulăm, în mașina virtuală QEMU comanda<code>
 cat /proc/ioports | grep keyboard
 </code>
@@ Line 141: / Line 141: @@
 Descărcați modulul din kernel folosind comanda<code>
-rmmod kdb
+rmmod kbd
 </code> și verificați acum conținutul fișierului ''/proc/ioports''; observți că a dispărut alocarea spațiului I/O pentru cele două porturi.
 <note important>
-Ștergeți liniile care înregistrează și eliberează cele două porturi înainte de a trece la exercițiul următor.
+Comentați liniile care înregistrează și eliberează cele două porturi înainte de a trece la exercițiul următor.
 </note>
-==== 2. [1.5p] Rutina de tratare a întreruperii ====
+==== 2. [2p] Rutina de tratare a întreruperii ====
 Urmărim să înregistrăm o rutină de tratare a întreruperii de tastatură. Veți scrie o funcție (rutină) de tratare a înteruperii și o veți înregistra folosind ''[[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/interrupt.h#L145|request_irq]]''.
@@ Line 174: / Line 174: @@
 </note>
-Compilați modulul și încărcați-l în nucleu. Ulterior încărcării în nucleu, puteți observa înregistrarea liniei de întrerupere prin consultarea fișierului ''/proc/interrupts''. Urmăriți linia din output aferentă //IRQ line//-ului pentru tastatură (definit în macro-ul ''I8042_KBD_IRQ''). Observați că sunt două drivere înregistrate la această linie de întreruper (deci avem o linie de întrerupere partajată): driverul inițial ''i8042'' și driverul nostru ''so2_kbd''. Descărcați modulul din nucleu.
+Compilați modulul și încărcați-l în nucleu. Ulterior încărcării în nucleu, puteți observa înregistrarea liniei de întrerupere prin consultarea fișierului ''/proc/interrupts''. Urmăriți linia din output aferentă //IRQ line//-ului pentru tastatură (definit în macro-ul ''I8042_KBD_IRQ''). Observați că sunt două drivere înregistrate la această linie de întreruper (deci avem o linie de întrerupere partajată): driverul inițial ''i8042'' și driverul nostru ''kbd''. Descărcați modulul din nucleu.
 <note tip>
@@ Line 189: / Line 189: @@
   - Veți copia caracterele ASCII corespunzătoare tastelor apăsate și le veți stoca în buffer-ul ''buf'' din structura de tip ''struct kbd'' aferentă dispozitivului.
-Implementarea o veți face în fișierul ''so2_kbd.c''. Zonele din program în care trebuie să acționați au comentarii marcate cu ''%%/* TODO 3: ... */%%'' și indicații despre ce trebuie să urmăriți.
+Implementarea o veți face în fișierul ''kbd.c''. Zonele din program în care trebuie să acționați au comentarii marcate cu ''%%/* TODO 3: ... */%%'' și indicații despre ce trebuie să urmăriți.
 La fiecare pas compilați modulul, încărcați modulul în kernel, apăsați în mașina virtuală taste pentru a verifica funcționalitatea, și apoi descărcați modulul.
@@ Line 203: / Line 203: @@
 </note>
-Apelați funcția ''i8042_read_data()'' în handler-ul de întrerupere ''so2_kbd_interrupt_handler()'' (adică la fiecare tastă apăsată) și afișați valoarea citită din registru.
+Apelați funcția ''i8042_read_data()'' în handler-ul de întrerupere ''kbd_interrupt_handler()'' (adică la fiecare tastă apăsată) și afișați valoarea citită din registru.
 <note tip>
 Pentru afișare în cadrul handler-ului de întrerupere folosiți o construcție de forma:<code>
-	printk(LOG_LEVEL "IRQ: %d, scancode=0x%x (%u, %c)\n",
+	pr_info("IRQ %d: scancode=0x%x (%u) pressed=%d ch=%c\n",
-		irq_no, scancode, scancode, scancode);
+		irq_no, scancode, scancode, pressed, ch);
 </code>
 unde ''scancode'' este valoarea registrului citit cu ajutorul funcției ''i8042_read_data()''.
@@ Line 248: / Line 248: @@
 </note>
-În handler-ul de întrerupere (''so2_kbd_interrupt_handler'') interpretați scancode-ul pentru a vedea dacă este o apăsare sau o ridicare de tastă și obțineți caracterul ASCII aferent. Afișați informațiile obținute.
+În handler-ul de întrerupere (''kbd_interrupt_handler'') interpretați scancode-ul pentru a vedea dacă este o apăsare sau o ridicare de tastă și obțineți caracterul ASCII aferent. Afișați informațiile obținute.
 <note tip>
@@ Line 256: / Line 256: @@
 <note tip>
 Pentru afișare în cadrul handler-ului de întrerupere folosiți o construcție de forma:<code>
-	printk(LOG_LEVEL "IRQ %d: scancode=0x%x (%u) pressed=%d ch=%c\n",
+	pr_info(LOG_LEVEL "IRQ %d: scancode=0x%x (%u) pressed=%d ch=%c\n",
 		irq_no, scancode, scancode, pressed, ch);
 </code>
@@ Line 268: / Line 268: @@
 === c. [1p] Colectarea caracterelor în buffer ===
-Dorim să colectăm caracterele apăsate (nu și celelalte taste) într-un buffer care apoi va fi citit din user space.
+Dorim să colectăm caracterele apăsate (nu și celelalte taste) într-un buffer circular care apoi va fi citit din user space.
-Actualizați handler-ul de tratare a întreruperii (''so2_kbd_interrupt_handler'') astfel încât un caracter ASCII citit să fie adăugat la sfârșitul buffer-ului aferent dispozitivului. Dacă buffer-ul este plin, caracterul va fi ignorat.
+Actualizați handler-ul de tratare a întreruperii (''kbd_interrupt_handler'') astfel încât un caracter ASCII citit să fie adăugat la sfârșitul buffer-ului aferent dispozitivului. Dacă buffer-ul este plin, caracterul cel mai vechi o sa fie suprascris.
 <note tip>
@@ Line 277: / Line 277: @@
 </code>
-Dimensiunea curentă a buffer-ului este dată de câmpul ''buf_idx'' din structura de tip ''struct kbd'' aferentă dispozitivului. Va trebui să incrementați valoarea acestei variabile la fiecare caracter adăugat în buffer.
+Dimensiunea curentă a buffer-ului este dată de câmpul ''count'' din structura de tip ''struct kbd'' aferentă dispozitivului. Câmpul ''put_idx'' specifică următoarea poziție de scriere, iar ''get_idx'' următoarea poziție de citire. Urmăriți implementarea funcției ''put_char'' pentru a observa cum sunt adăugate datele în buffer-ul circular.
 </note>
-<note tip>
-Capacitatea buffer-ului, peste care nu puteți scrie, este dată de macro-ul ''BUFFER_SIZE''.
-</note>
 ==== 4. [2p] Citirea bufferului printr-un apel ''read'' ====
-Pentru a avea acces la datele colectate de keylogger va trebui să le transmitem în user space. Facem acest lucru prin intermediului unui dispozitiv de tip caracter (''/dev/so2_kbd''). La citirea din acest dispozitiv de tip caracter vom primi datele din buffer-ul din kernel space în care am colectat tastele apăsate.
+Pentru a avea acces la datele colectate de keylogger va trebui să le transmitem în user space. Facem acest lucru prin intermediului unui dispozitiv de tip caracter (''/dev/kbd''). La citirea din acest dispozitiv de tip caracter vom primi datele din buffer-ul din kernel space în care am colectat tastele apăsate.
-Implementarea o veți face în fișierul ''so2_kbd.c''. Zonele din program în care trebuie să acționați au comentarii marcate cu ''%%/* TODO 4: ... */%%'' în funcția ''so2_kbd_read()'' și indicații despre ce trebuie să urmăriți.
+Implementarea o veți face în fișierul ''kbd.c''. Zonele din program în care trebuie să acționați au comentarii marcate cu ''%%/* TODO 4: ... */%%'' în funcția ''kbd_read()'' și indicații despre ce trebuie să urmăriți.
 La fiecare pas compilați modulul, încărcați modulul în kernel, apăsați în mașina virtuală taste pentru a verifica funcționalitatea, și apoi descărcați modulul.
-Este permis un singur cititor la un moment dat astfel încât protejăm codului funcției ''so2_kbd_read()'' cu un mutex.
+Este permis un singur cititor la un moment dat astfel încât protejăm codului funcției ''kbd_read()'' cu un mutex.
-Întrucât nu dorim modificări la nivelul buffer-ului din partea handler-ului de întrerupere în timp ce facem citirea sa în funcția ''so2_kbd_read()'' veți folosiți un spinlock și veți dezactiva întreruperile în funcția ''so2_kbd_read''.
+Întrucât nu dorim modificări la nivelul buffer-ului din partea handler-ului de întrerupere în timp ce facem citirea sa în funcția ''kbd_read()'' veți folosiți un spinlock și veți dezactiva întreruperile în funcția ''kbd_read''.
 <note tip>
-Definiți spinlock-ul în structura de dispozitiv (''struct kbd'') și inițializați-l în ''so2_kbd_init''. Folosiți funcțiile [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/spinlock.h#L338|spin_lock_irqsave]] și [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/spinlock.h#L363|spin_unlock_irqrestore]] pentru locking cu dezactivarea întreruperilor pe parcursul lucrului cu buffer-ul în rutina ''so2_kbd_read()''.
+Definiți spinlock-ul în structura de dispozitiv (''struct kbd'') și inițializați-l în ''kbd_init''. Folosiți funcțiile [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/spinlock.h#L338|spin_lock_irqsave]] și [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/spinlock.h#L363|spin_unlock_irqrestore]] pentru locking cu dezactivarea întreruperilor pe parcursul lucrului cu buffer-ul în rutina ''kbd_read()''.
 Folosiți funcțiile [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/spinlock.h#L308|spin_lock]] si [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/spinlock.h#L348|spin_unlock]] pentru protejarea buffer-ulu în rutina de tratare a întreruperii.
@@ Line 304: / Line 299: @@
 </note>
-Pentru copierea în user space veți folosi apelul [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/uaccess.h#L152|copy_to_user]]. Întrucât nu puteți folosi ''copy_to_user'' în timp ce aveți un spinlock luat, trebuie să folosiți un buffer temporar.
+Completați funcția ''get_char'' pentru a obține următorul caracter care trebuie citit din buffer. Aveți grijă la implementarea buffer-ului circular (să nu citiți dincolo de dimensiunea buffer-ului și de poziția de scriere).
-<note tip>
+Pentru copierea în user space veți folosi apelul [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/arch/x86/include/asm/uaccess.h#L249|put_user]] pentru fiecare caracter în parte, obținut folosind funcția ''get_char''.
-Buffer-ul temporar și dimensiunea acestuia sunt indicate de câmpurile ''tmp_buf'' și ''tmp_buf_idx'' din structura de tip dispozitiv.
+<note warning>
+Nu puteți folosi ''copy_to_user'' sau ''put_user'' în timp ce aveți un spinlock luat.
 Urmăriți în laboratorul 4 secțiunea [[:so2:laboratoare:lab04#accesul_la_spatiul_de_adresa_al_procesului|Accesul la spațiul de adresă al procesului]].
@@ Line 318: / Line 315: @@
 </note>
-Pentru testare, va trebui să creați fișierul de tip caracter ''/dev/so2_kbd'' folosind utilitarul ''mknod'' cu majorul și minorul dispozitivului sunt definiți în macro-urile din ''so2_kbd.c'': ''SO2_KBD_MAJOR'' și ''SO2_KBD_MINOR''. Adică va trebui să rulați comanda<code>
+Pentru testare, va trebui să creați fișierul de tip caracter ''/dev/kbd'' folosind utilitarul ''mknod'' cu majorul și minorul dispozitivului sunt definiți în macro-urile din ''kbd.c'': ''KBD_MAJOR'' și ''KBD_MINOR''. Adică va trebui să rulați comanda<code>
-mknod /dev/so2_kbd c 42 0
+mknod /dev/kbd c 42 0
 </code>
 Compilați modulul pe sistemul fizic, apoi porniți mașina virtuală și încărcați modulul în nucleul mașinii virtuale. Testați folosind comanda<code>
-cat /dev/so2_kbd
+cat /dev/kbd
 </code>
 O să obțineți conținutul bufferului keylogger-ului din kernel space.
-==== 5. [3p] Curățarea buffer-ului dacă este tastată o parolă ====
+==== 5. [1.5p] Curățarea buffer-ului la scriere ====
-Dorim să %%"curățăm"%% buffer-ul dacă este tastată o parolă. În acel moment buffer-ul va fi resetat: conținutul său va fi resetat și dimensiunea va fi ''0''.
+Dorim să %%"curățăm"%% buffer-ul atunci când se scrie în device node-ul asociat driver-ului. În acel moment buffer-ul va fi resetat: conținutul său va fi resetat și dimensiunea va fi ''0''.
-Implementarea o veți face în fișierul ''so2_kbd.c''. În rutina de tratare a întreruperii veți reține în câmpul ''passcnt'' câte caractere din parolă au fost potrivite. Parola este definită de macro-urile ''MAGIC_WORD'' și ''MAGIC_WORD_LEN''.
+Implementarea o veți face în fișierul ''kbd.c''. Urmăriți comentariile marcate cu ''TODO 5''. Implementați funcția ''reset_buffer'' și adăugați operația ''write'' la ''kbd_fops''.
-Când se detectează întreaga parolă, curătați buffer-ul. Pentru curățare, reinițializați câmpul ''buf_idx'' la valoarea ''0'' și umpleți cu ''0''-uri buffer-ul.
-La primirea unui caracter nou, verificați dacă acesta corespunde cu caracterul de pe poziția curentă din parolă. În caz afirmativ, incrementați contorul; altfel, resetați counterul la 0.
 <note tip>
-În momentul resetării buffer-ului, în handler-ul de întrerupere va trebui să folosiți spinlock-ul pentru accesul exclusiv la buffer. Este posibil ca rutina de read să fie procesată de pe alt procesor și să acceseze buffer-ul în momentul în care handler-ul de întrerupere îl modifică. Veți folosi funcțiile [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/spinlock.h#L308|spin_lock]] și [[https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15/source/include/linux/spinlock.h#L348|spin_unlock]].
+În momentul resetării buffer-ului, va trebui să folosiți spinlock-ul cu dezactivarea întreruperilor pentru accesul exclusiv la buffer.
 Parcurgeți secțiunea [[:so2:laboratoare:lab05#utilizare_spinlock-uri|Utilizarea spinlock-uri]].
 </note>
-Pentru testare, va trebui să creați fișierul de tip caracter ''/dev/so2_kbd'' folosind utilitarul ''mknod'' cu majorul și minorul dispozitivului sunt definiți în macro-urile din ''so2_kbd.c'': ''SO2_KBD_MAJOR'' și ''SO2_KBD_MINOR''. Adică va trebui să rulați comanda<code>
+Pentru testare, va trebui să creați fișierul de tip caracter ''/dev/kbd'' folosind utilitarul ''mknod'' cu majorul și minorul dispozitivului sunt definiți în macro-urile din ''kbd.c'': ''KBD_MAJOR'' și ''KBD_MINOR''. Adică va trebui să rulați comanda<code>
-mknod /dev/so2_kbd c 42 0
+mknod /dev/kbd c 42 0
 </code>
 Compilați modulul pe sistemul fizic, apoi porniți mașina virtuală și încărcați modulul în nucleul mașinii virtuale. Consultați conținutul buffer-ului folosind comanda<code>
-cat /dev/so2_kbd
+cat /dev/kbd
 </code>
-Apăsați pe taste și apoi apăsați conținutul macro-ului ''MAGIC_WORD'' (adică ''root'') și apoi consultați din nou conținutul buffer-ului. Ar trebui să fie resetat.
+Apăsați pe taste și apoi rulați comanda ''echo "clear" > /dev/kbd'' și apoi consultați din nou conținutul buffer-ului. Ar trebui să fie resetat.
 ===== Extra =====
-==== [1 karma] Resetarea buffer-ului în rutina de read ====
-Implementarea curentă este problematică pentru că rutina de tratare a întreruperii este cea care face resetarea buffer-ului, lucru care este consumator de timp și nerecomandat să fie făcut în context întrerupere.
-O soluție este să actualizăm comportamentul astfel încât resetarea buffer-ului să se producă la apelul funcției ''so2_kbd_read()''. După ce informația este copiată în user space, buffer-ul este resetat. Nu mai resetăm în momentul tastării
-Simplificați implementarea în așa fel încât resetarea buffer-ului să se producă în funcția ''so2_kbd_read()'' imediat după copierea datele în user space.
-<note tip>
-În momentul în care copiați datele în buffer-ul temporare ''tmp_buf'' resetați buffer-ul principal: adică umpleți buffer-ul ''buf'' cu zero-uri și inițialiați ''buf_idx'' la ''0''.
-</note>
-Pentru verificarea după citirea din ''/dev/so2_kbd'' veți avea buffer-ul resetat. Citiri ulterioare vor găsi buffer-ul gol.
 ==== [3 karma] Utilizare kfifo ====

Resurse

Cursuri

Teme

so2/laboratoare/lab05/exercitii.1521614616.txt.gz · Last modified: 2018/03/21 08:43 by ionel.ghita

Show page Old revisions

Media Manager Back to top