Pentru desfășurarea laboratorului pornim de la arhiva de sarcini a laboratorului. Descărcăm și decomprimăm arhiva în directorul so2/ din directorul home al utilizatorului student de pe sistemul de bază (stația eg106-pc):

student@eg106-pc:~$ cd so2/
student@eg106-pc:~/so2$ wget http://elf.cs.pub.ro/so2/res/laboratoare/lab07-tasks.zip
student@eg106-pc:~/so2$ unzip lab07-tasks.zip
student@eg106-pc:~/so2$ tree lab07-tasks

În cadrul directorului lab07-tasks/ se găsesc resursele necesare pentru dezvoltarea exercițiilor de mai jos: fișiere schelet de cod sursă, fișiere Makefile și Kbuild, scripturi și programe de test.

Vom dezvolta exercițiile pe sistemul de bază (stația eg106-pc) și apoi le vom testa pe mașina virtuală QEMU. După editarea și compilarea unui modul de kernel îl vom copia în directorul dedicat pentru mașina virtuală QEMU folosind o comandă de forma

student@eg106-pc:~/so2$ cp /path/to/module.ko ~/so2/qemu-so2/fsimg/root/modules/

unde /path/to/module.ko este calea către fișierul obiect aferent modulului de kernel. Apoi vom porni, din directorul ~/so2/qemu-so2/, mașina virtuală QEMU folosind comanda

student@eg106-pc:~/so2/qemu-so2$ make

După pornirea mașinii virtuale QEMU vom putea folosi comenzi în fereastra QEMU pentru a încărca și descărca modulul de kernel:

# insmod modules/module-name.ko
# rmmod module/module-name

unde module-name este numele modulului de kernel.

Găsiți definițiile următoarelor simboluri în sursele kernel-ului Linux:

• structura bio;
• structura bio_vec;
• macro-ul bio_for_each_segment;
• structura gendisk;
• structura block_device_operations;
• structura request.

Creați un modul de kernel care să permită înregistrarea, respectiv deînregistrarea unui dispozitiv de tip bloc. Porniți de la fișierele din directorul 1-2-3-6-ram-disk/ din arhiva de sarcini a laboratorului.

Urmăriți secțiunile marcate cu TODO 1 în scheletul de laborator. Folosiți macrodefinițiile existente (MY_BLOCK_MAJOR, MY_BLKDEV_NAME). Verificați valoarea întoarsă de funcția de înregistrare și, în caz de eroare, întoarceți cod de eroare.

Compilați modulul, copiați-l pe mașina virtuală și încărcați-l în nucleu. Verificați daca dispozitivul a fost încărcat cu succes consultând /proc/devices. Veți vedea dispozitivul cu majorul 240.

Descărcați modulul de kernel și verificați că a fost deînregistrat.

Schimbați valoarea macroului MY_BLOCK_MAJOR la valoarea 7. Compilați modulul, copiați-l pe mașina virtuală și încărcați-l în nucleu. Observați că încărcarea eșuează întrucât există deja un alt driver/dispozitiv care are majorul 7 înregistrat în nucleu.

Restaurați valoarea 240 pentru macroul MY_BLOCK_MAJOR.

Modificați modulul anterior pentru a adăuga un disc asociat driverului. Analizați macrodefinițiile, structura struct my_block_dev și funcțiile existente din fișierul ram-disk.c.

Decomentați apelurile de funcții create_block_device și delete_block_device.

Urmăriți secțiunile marcate cu TODO 2 în scheletul de laborator. Completați funcția my_block_request pentru prelucrarea cozii de cereri fără a face o prelucrare efectivă a cererii: afișați mesajul "request received" și următoarele informații: sectorul de start, dimensiunea totală, dimensiunea datelor din bio-ul curent, direcția de tratare.

Folosiți __blk_end_request_all pentru încheierea prelucrării cererii.

Inserați modulul în kernel. Folosiți dmesg pentru a observa un mesaj transmis de modul. În momentul adăugării dispozitivului se transmite o cerere către acesta. Verificați prezența /dev/myblock și dacă nu există creați dispozitivul folosind comanda

mknod /dev/myblock b 240 0

Pentru a genera cereri de scriere, folosiți comanda

echo "abc" > /dev/myblock

Observați că se creează o cerere de scriere precedată de una de citire. Cererea de citire are loc pentru a citi blocul de pe disc și a “actualiza” în conținutul său ceea ce a fost furnizat de utilizator, fără a suprascrie restul. După citire și actualizare, are loc scrierea.

Modificați modulul anterior pentru a crea un RAM disc: cererile către dispozitiv vor rezulta în citiri/scrieri într-o zonă de memorie.

Zona de memorie aferentă dev->data este deja alocată în codul sursă din modul folosind vmalloc¹⁾. Pentru dezalocare în modul se folosește vfree.

Parcurgeți comentariile marcate cu TODO 3 pentru a completa funcția my_block_transfer care să scrie/citească informația din cerere în/din zona de memorie. Funcția va fi apelată pentru fiecare cerere din cadrul funcției de prelucrarea a cozii de cereri: my_block_request. Pentru a scrie/citi în/din zona de memorie folosiți memcpy. Pentru determinarea informației de scris/citit, folosiți câmpurile structurii request

Pentru testare folosiți fișierul de test ram-disk-test.c. Îl compilați folosind, pe sistemul fizic, comanda

make -f Makefile.test

și apoi îl rulați folosind, pe mașina virtuală QEMU, comanda

./ram-disk-test

Nu este nevoie să încărcați modulul în nucleu, va fi încărcat de test prin rularea comenzii de mai sus.

Există posibilitatea ca unele teste să pice din cauza nesincronizării datelor transmise (flush).

Scopul acestui exercițiu este să citiți datele de pe discul PHYSICAL_DISK_NAME direct din kernel.

Urmăriți comentariile marcate cu TODO 4 în directorul 4-5-relay-disk/ și completați funcțiile open_disk și close_disk. Folosiți funcțiile blkdev_get_by_path și blkdev_put. Dispozitivul trebuie deschis în mod read-write exclusiv (FMODE_READ | FMODE_WRITE | FMODE_EXCL), iar ca holder trebuie să folosiți modulul curent (THIS_MODULE).

Completați funcția send_test_bio. Va trebui să creați un nou bio pe care să-l completați, să-l submiteți și să-l așteptați. Citiți primul sector al discului. Pentru așteptare folosiți submit_bio_wait.

După terminarea operației afișați primii 3 octeți din datele citite de bio. Folosiți formatul "%02x" la printk pentru afișarea datelor și macrourile kmap_atomic, respectiv kunmap_atomic.

Pentru testare folosiți scriptul test-relay-disk. Nu este nevoie să încărcați modulul în nucleu, va fi încărcat de test. Pentru a rula scriptul folosiți comanda

./test-relay-disk

Scriptul scrie "abc" la începutul discului indicat de PHYSICAL_DISK_NAME. În urma rulării, modulul va afișa 61 62 63 (valorile hexazecimale corespunzătoare).

Urmăriți comentariile marcate cu TODO 5 pentru scrierea unui mesaj (BIO_WRITE_MESSAGE) pe disc.

Trebuie să actualizați funcția send_test_bio pentru a primi ca argument tipul operației (citire sau scriere). Apelați în relay_init funcția pentru citire iar în relay_exit funcția pentru scriere. Recomandăm folosirea macro-urilor REQ_OP_READ și REQ_OP_WRITE.

În cadrul funcției send_test_bio, dacă operația este de scriere, completați buffer-ul aferent bio-ului cu mesajul BIO_WRITE_MESSAGE. Folosiți macrourile kmap_atomic, respectiv kunmap_atomic pentru lucrul cu buffer-ul aferent bio-ului.

Rulați scriptul test-relay-disk pentru testare folosind comanda

./test-relay-disk

Scriptul va afișa la ieșirea standard mesajul "read from /dev/sdb: 64 65 66".

Adăugați, în cadrul implementării ramdisk-ului (directorul 1-2-3-6-ram-disk) suport pentru prelucrarea cererilor din coada de cereri la nivel de bio. Urmăriți comentariile marcate cu TODO 6.

Configurați macro-ul USE_BIO_TRANSFER la valoarea 1.

Implementați funcția my_xfer_request. Folosiți rq_for_each_segment pentru a parcurge structurile bio_vec ale fiecărui bio din request.

Folosiți macrourile kmap_atomic, respectiv kunmap_atomic pentru maparea paginilor fiecărui bio și accesarea bufferelor acestuia. Pentru transferul efectiv, apelați funcția my_block_transfer implementată la exercițiul anterior.

Pentru testare folosiți fișierul de test ram-disk-test.c. Îl compilați folosind, pe sistemul fizic, comanda

make -f Makefile.test

și apoi îl rulați folosind, pe mașina virtuală QEMU, comanda

./ram-disk-test

Nu este nevoie să încărcați modulul în nucleu, va fi încărcat de test prin rularea comenzii de mai sus.

Există posibilitatea ca unele teste să pice din cauza nesincronizării datelor transmise (flush).

• Soluții exerciții laborator 7