Реализация символьного устройства для генерации случайных чисел

Question

Основываясь на моем академическом проекте, моя текущая задача состоит в том, чтобы сгенерировать 10 случайных чисел с помощью модуля ядра, и моя программа пространства пользователя (программа c) должна иметь возможность отображать эти числа. Я изучал программы ядра и пользовательского пространства. И я наткнулся на создание символьных устройств. Я создал устройство с помощью этой команды.

mknod /dev/my_device c 222 0

Из того, что я понял, это устройство выступает посредником между пользовательским пространством и программами пространства ядра. Поэтому я создал модуль ядра, который регистрирует и отменяет регистрацию моего устройства персонажа. Сохранено как my_dev.c

#include<linux/module.h>
#include<linux/init.h>
#include"my_dev.h"

MODULE_AUTHOR("Krishna");
MODULE_DESCRIPTION("A simple char device");

static int r_init(void);
static void r_cleanup(void);

module_init(r_init);
module_exit(r_cleanup);


static int r_init(void)
{
printk("<1>hi\n");
if(register_chrdev(222,"my_device",&my_fops)){
    printk("<1>failed to register");
}
return 0;
}
static void r_cleanup(void)
{
printk("<1>bye\n");
unregister_chrdev(222,"my_device");
return ;
}

Мой файл Ma ke для заполнения этого модуля

obj-m += my_dev.o

all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

Этот модуль ядра скомпилирован и загружен в память с помощью команды insmod.

Вот программа, которая пишет и читает некоторый текст в буфер пользователя, сохраненный как my_dev.h.

/*
 * my device header file 
 */
#ifndef _MY_DEVICE_H
#define _MY_DEVICE_H

#include <linux/fs.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/errno.h>
#include <asm/current.h>
#include <asm/segment.h>
#include <asm/uaccess.h>

char my_data[80]="heloooo"; /* our device */

int my_open(struct inode *inode,struct file *filep);
int my_release(struct inode *inode,struct file *filep);
ssize_t my_read(struct file *filep,char *buff,size_t count,loff_t *offp );
ssize_t my_write(struct file *filep,const char *buff,size_t count,loff_t *offp );

struct file_operations my_fops={
    open: my_open,
    read: my_read,
write: my_write,
release:my_release,
};

int my_open(struct inode *inode,struct file *filep)
{  
    /*MOD_INC_USE_COUNT;*/ /* increments usage count of module */
return 0;
}

int my_release(struct inode *inode,struct file *filep)
{
/*MOD_DEC_USE_COUNT;*/ /* decrements usage count of module */
return 0;
}
ssize_t my_read(struct file *filep,char *buff,size_t count,loff_t *offp )
{
/* function to copy kernel space buffer to user space*/
if ( copy_to_user(buff,my_data,strlen(my_data)) != 0 )
    printk( "Kernel -> userspace copy failed!\n" );
return strlen(my_data);

}
ssize_t my_write(struct file *filep,const char *buff,size_t count,loff_t *offp )
{
/* function to copy user space buffer to kernel space*/
if ( copy_from_user(my_data,buff,count) != 0 )
    printk( "Userspace -> kernel copy failed!\n" );
return 0;
}
#endif

Вот моя пользовательская космическая программа acs.c который при запуске печатает "heloooo", читая текст из буфера ядра из вышеуказанной программы.

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

int main()
{
int fd=0,ret=0;
char buff[80]="";

fd=open("/dev/my_device",O_RDONLY);

printf("fd :%d\n",fd);

ret=read(fd,buff,10);
buff[ret]='\0';

printf("buff: %s ;length: %d bytes\n",buff,ret);
close(fd);
}

Теперь моя проблема заключается в том, что мне нужно написать программу пользовательского пространства, которая при запуске печатает 10 случайных чисел. Но эти числа должны быть сгенерированы с использованием модуля ядра. Таким образом, в основном выше трех кодов работает правильно и печатает "helooo" . что мне нужно сделать, это вместо "helooo" мне нужно получить случайные числа в качестве вывода.

Вот модуль памяти, который генерирует некоторые случайные числа, используя алгоритм линейного конгруэнтного генератора. LCG.c

#include <linux/module.h>   /* Needed by all modules */
#include <linux/kernel.h>   /* Needed for KERN_INFO */

int init_module(void)
{
int M = 8;  //Modulus,    M>0
    int a = 9;  //Multiplier, 0 <= a < M.
    int c = 3;  //Increment,  0 <= c < M.
    int X = 1;  //seed value, 0 <= X(0) < M
    int i;      //iterator,   i < M 
    for(i=0; i<8; i++)
    {
            X = (a * X + c) % M;
            printk(KERN_INFO "%d\n",X);

    }
    return 0;
}
void cleanup_module(void)
{
printk(KERN_INFO "Task Done ! :D.\n");
}

У меня есть все коды. Но я не знаю, как вписать этот код генератора случайных чисел в мой код вызова устройства charecter. Когда я запускаю программу acs.ci, нужно получить вывод модуля памяти LCG.c используя символьное устройство. Пожалуйста, помогите мне найти решение.

Answer 1

Попробуйте с этими изменениями, я только что добавил изменения:

Refactor LCG.C так что генератор случайных чисел является отдельной функцией и убедитесь, что эта функция не является статической. Вам также необходимо экспортировать этот СИМВОЛ.

void generate_random_lcg(char* output_str)
{
    static const int M = 8;  //Modulus,    M>0
    static const int a = 9;  //Multiplier, 0 <= a < M.
    static const int c = 3;  //Increment,  0 <= c < M.
    static int X = 1;  //seed value, 0 <= X(0) < M

    int i;      //iterator,   i < M 
    ssize_t index = 0;
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        X = (a * X + c) % M;
        index += sprintf(output_str + index, "%d\n", X);
    }
    output_str[index] = '\0';
}

EXPORT_SYMBOL(generate_random_lcg);

Таким образом, функция может быть напрямую вызвана модулем LCG, а также извне.

Теперь, чтобы вызвать эту функцию из вашего модуля my_dev и вернуть результат, вам понадобятся следующие изменения:

my_dev.c:

static int r_init(void)
{                                                                 
    printk("<1>hi\n");
    if(register_chrdev(222,"my_device",&my_fops)){                
            printk("<1>failed to register");                      
    }  

    memset(output_str, 0, MAX_SIZE);                              

    return 0;                                                     
}

В my_dev.h

extern void generate_random_lcg(char* output_str);

#define MAX_SIZE 1024
static char output_str[MAX_SIZE];

ssize_t my_read(struct file *filep,char *buff,size_t count,loff_t *offp )
{
    ssize_t output_str_size = 0;
    generate_random_lcg(output_str);
    output_str_size = strlen(output_str);
    /* function to copy kernel space buffer to user space*/
    if (copy_to_user(buff,output_str,output_str_size) != 0 )
    {
        printk( "Kernel -> userspace copy failed!\n" );
        return 0;
    }   
    return output_str_size;
}

Несколько вещей, чтобы иметь в виду:

• Обновите значение MAX_SIZE в соответствии с вашими потребностями. Если число становится действительно большим, вы можете использовать kmalloc вместо этого, чтобы получить память.
• Это очень плохая практика кодирования - определять реализации функций в файлах.h, за исключением встроенных функций.
• когда copy_from_user или же copy_to_user не может вернуться 0 вместо вывода из strlen,

Вышеприведенное является просто очень грубой реализацией, вам также могут потребоваться дополнительные проверки для проверки переполнения буфера при печати строки с использованием sprintf.