Отложенные процессы

Что Вы делаете, когда кто-то просит Вас о чем-то, что Вы не можете сделать сразу же? Если вы человек, и вы обеспокоены, единственное, что Вы можете сказать: "Не сейчас, я занят.". Но если вы модуль, Вы имеете другую возможность. Вы можете поместить процесс в спячку, чтобы он бездействовал, пока Вы не сможете обслужить его. В конце концов, процессы помещаются в спячку и пробуждаются ядром постоянно.   

Этот модуль является примером этого подхода. Файл (названный /proc/sleep) может быть открыт только одним процессом сразу. Если файл уже открыт, модуль называет module_interruptible_sleep_on ^8.1. Эта функция изменяет состояние задачи (задача является структурой данных в ядре, которая хранит информацию относительно процесса и системного вызова) в состояние TASK_INTERRUPTIBLE, что означает, что задача не будет выполняться пока не будет пробуждена так или иначе, и добавляет процесс к WaitQ, очереди задач ждущих, чтобы обратиться к файлу. Затем функция обращается к планировщику за контекстным переключателем другого процесса, который может использовать CPU, то есть управление передается другому процессу.          

Когда процесс закончит работу с файлом, тот закрывается, и вызывается module_close. Эта функция пробуждает все процессы в очереди (нет никакого механизма, чтобы пробудить только одни из них). Управление возвращается и процесс, который только закрыл файл, может продолжать выполняться. Планировщик решает, что тот процесс поработал достаточно и передает управление другому процессу. В конечном счете, один из процессов, который был в очереди, получит управление. Он продолжит выполнение с той точки, в которой был вызван module_interruptible_sleep_on ^8.2. Он может установить глобальную переменную, чтобы сообщить всем другим процессам, что файл является все еще открытым. Когда другие процессы получат часть времени CPU, они увидят глобальную переменную и продолжат спячку.      

Чтобы сделать нашу жизнь более интересной, module_close не имеет монополии на пробуждение процессов которые ждут, чтобы обратиться к файлу. Сигнал Ctrl-C (SIGINT) может также пробуждать процесс ^8.3. В таком случае, мы хотим возвратить -EINTR немедленно. Это важно, так как пользователи могут, например, уничтожить процесс прежде, чем он получит доступ к файлу.          

Имеется еще одна хитрость. Некоторые процессы не хотят спать: они хотят или получать то, что они хотят, немедленно или сообщить, что действие не может быть выполнено. Такие процессы используют флажок O_NONBLOCK при открытии файла. Ядро отвечает, возвращая код ошибки -EAGAIN из операций, которые иначе блокировали бы, типа открытия файла в этом примере. Программа cat_noblock, доступная в исходном каталоге для этой главы, может использоваться, чтобы открыть файл с флагом O_NONBLOCK.      

sleep.c   

/* sleep.c - create a /proc file, and if several
 * processes try to open it at the same time, put all
 * but one to sleep */
/* Copyright (C) 1998-99 by Ori Pomerantz */

/* The necessary header files */
/* Standard in kernel modules */
#include <linux/kernel.h>   /* We're doing kernel work */
#include <linux/module.h>   /* Specifically, a module */

/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS
#include <linux/modversions.h>
#endif

/* Necessary because we use proc fs */
#include <linux/proc_fs.h>

/* For putting processes to sleep and waking them up */
#include <linux/sched.h>
#include <linux/wrapper.h>

/* In 2.2.3 /usr/include/linux/version.h includes a
 * macro for this, but 2.0.35 doesn't - so I add it
 * here if necessary. */
#ifndef KERNEL_VERSION
#define KERNEL_VERSION(a,b,c) ((a)*65536+(b)*256+(c))
#endif

#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
#include <asm/uaccess.h>  /* for get_user and put_user */
#endif

/* The module's file functions ********************** */
/* Here we keep the last message received, to prove
 * that we can process our input */
#define MESSAGE_LENGTH 80
static char Message[MESSAGE_LENGTH];

/* Since we use the file operations struct, we can't use
 * the special proc output provisions - we have to use
 * a standard read function, which is this function */
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
static ssize_t module_output(
    struct file *file,   /* The file read */
    char *buf, /* The buffer to put data to (in the user segment) */
    size_t len,  /* The length of the buffer */
    loff_t *offset) /* Offset in the file - ignore */
#else
static int module_output(
    struct inode *inode, /* The inode read */
    struct file *file,   /* The file read */
    char *buf, /* The buffer to put data to (in the user segment) */
    int len)  /* The length of the buffer */
#endif
{
  static int finished = 0;
  int i;
  char message[MESSAGE_LENGTH+30];

  /* Return 0 to signify end of file - that we have
   * nothing more to say at this point. */
  if (finished) {
     finished = 0;
     return 0;
  }
  /* If you don't understand this by now, you're
   * hopeless as a kernel  programmer. */
  sprintf(message, "Last input:%s\n", Message);
  for(i=0; i<len && message[i]; i++) put_user(message[i], buf+i);
  finished = 1;
  return i;  /* Return the number of bytes "read" */
}

/* This function receives input from the user when
 * the user writes to the /proc file. */
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
static ssize_t module_input(
    struct file *file,   /* The file itself */
    const char *buf,     /* The buffer with input */
    size_t length,       /* The buffer's length */
    loff_t *offset)      /* offset to file - ignore */
#else
static int module_input(
    struct inode *inode, /* The file's inode */
    struct file *file,   /* The file itself */
    const char *buf,     /* The buffer with the input */
    int length)          /* The buffer's length */
#endif
{
  int i;

  /* Put the input into Message, where module_output
   * will later be able to use it */
  for(i=0; i<MESSAGE_LENGTH-1 && i<length; i++)
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
     get_user(Message[i], buf+i);
#else
  Message[i] = get_user(buf+i);
#endif
/* we want a standard, zero terminated string */
  Message[i] = '\0';

  /* We need to return the number of input characters used */
  return i;
}

/* 1 if the file is currently open by somebody */
int Already_Open = 0;

/* Queue of processes who want our file */
static struct wait_queue *WaitQ = NULL;

/* Called when the /proc file is opened */
static int module_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
  /* If the file's flags include O_NONBLOCK, it means
   * the process doesn't want to wait for the file.
   * In this case, if the file is already open, we
   * should fail with -EAGAIN, meaning "you'll have to
   * try again", instead of blocking a process which
   * would rather stay awake. */
  if ((file->f_flags & O_NONBLOCK) && Already_Open)
     return -EAGAIN;

  /* This is the correct place for MOD_INC_USE_COUNT
   * because if a process is in the loop, which is
   * within the kernel module, the kernel module must
   * not be removed. */
  MOD_INC_USE_COUNT;

  /* If the file is already open, wait until it isn't */
  while (Already_Open)
  {
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
    int i, is_sig=0;
#endif
    /* This function puts the current process,
     * including any system calls, such as us, to sleep.
     * Execution will be resumed right after the function
     * call, either because somebody called
     * wake_up(&WaitQ) (only module_close does that,
     * when the file is closed) or when a signal, such
     * as Ctrl-C, is sent to the process */
    module_interruptible_sleep_on(&WaitQ);

    /* If we woke up because we got a signal we're not
     * blocking, return  -EINTR (fail the system call).
     * This allows processes to be killed or stopped. */
/*
 * Emmanuel Papirakis:
 *
 * This is a little update to work with 2.2.*. Signals
 * now are contained in two words (64 bits) and are
 * stored in a structure that contains an array of two
 * unsigned longs. We now have to make 2 checks in our if.
 *
 * Ori Pomerantz:
 *
 * Nobody promised me they'll never use more than 64
 * bits, or that this book won't be used for a version
 * of Linux with a word size of 16 bits. This code
 * would work in any case.
 */
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
    for(i=0; i<_NSIG_WORDS && !is_sig; i++)
      is_sig = current->signal.sig[i] &
               current->blocked.sig[i];
    if (is_sig) {
#else
    if (current->signal & current->blocked) {
#endif
      /* It's important to put MOD_DEC_USE_COUNT here,
       * because for processes where the open is
       * interrupted there will never be a corresponding
       * close. If we don't decrement the usage count
       * here, we will be left with a positive usage
       * count which we'll have no way to bring down to
       * zero, giving us an immortal module, which can
       * only be killed by rebooting the machine. */
      MOD_DEC_USE_COUNT;
      return -EINTR;
    }
  }
  /* If we got here, Already_Open must be zero */
  /* Open the file */
  Already_Open = 1;
  return 0;  /* Allow the access */
}

/* Called when the /proc file is closed */
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
int module_close(struct inode *inode, struct file *file)
#else
void module_close(struct inode *inode, struct file *file)
#endif
{
  /* Set Already_Open to zero, so one of the processes
   * in the WaitQ will be able to set Already_Open back
   * to one and to open the file. All the other processes
   * will be called when Already_Open is back to one, so
   * they'll go back to sleep. */
  Already_Open = 0;

  /* Wake up all the processes in WaitQ, so if anybody
   * is waiting for the file, they can have it. */
  module_wake_up(&WaitQ);
  MOD_DEC_USE_COUNT;

#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
  return 0;  /* success */
#endif
}

/* This function decides whether to allow an operation
 * (return zero) or not allow it (return a non-zero
 * which indicates why it is not allowed).
 *
 * The operation can be one of the following values:
 * 0 - Execute (run the "file" - meaningless in our case)
 * 2 - Write (input to the kernel module)
 * 4 - Read (output from the kernel module)
 *
 * This is the real function that checks file
 * permissions. The permissions returned by ls -l are
 * for referece only, and can be overridden here.
 */
static int module_permission(struct inode *inode, int op)
{
  /* We allow everybody to read from our module, but
   * only root (uid 0) may write to it */
  if (op == 4 || (op == 2 && current->euid == 0)) return 0;
  /* If it's anything else, access is denied */
  return -EACCES;
}

/* Structures to register as the /proc file, with
 * pointers to all the relevant functions. *********** */

/* File operations for our proc file. This is where
 * we place pointers to all the functions called when
 * somebody tries to do something to our file. NULL
 * means we don't want to deal with something. */
static struct file_operations File_Ops_4_Our_Proc_File =
  {
    NULL,  /* lseek */
    module_output,  /* "read" from the file */
    module_input,   /* "write" to the file */
    NULL,  /* readdir */
    NULL,  /* select */
    NULL,  /* ioctl */
    NULL,  /* mmap */
    module_open,/* called when the /proc file is opened */
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
    NULL,   /* flush */
#endif
    module_close      /* called when it's classed */
  };

/* Inode operations for our proc file. We need it so
 * we'll have somewhere to specify the file operations
 * structure we want to use, and the function we use for
 * permissions. It's also possible to specify functions
 * to be called for anything else which could be done to an
 * inode (although we don't bother, we just put NULL). */
static struct inode_operations Inode_Ops_4_Our_Proc_File =
  {
    &File_Ops_4_Our_Proc_File,
    NULL, /* create */
    NULL, /* lookup */
    NULL, /* link */
    NULL, /* unlink */
    NULL, /* symlink */
    NULL, /* mkdir */
    NULL, /* rmdir */
    NULL, /* mknod */
    NULL, /* rename */
    NULL, /* readlink */
    NULL, /* follow_link */
    NULL, /* readpage */
    NULL, /* writepage */
    NULL, /* bmap */
    NULL, /* truncate */
    module_permission /* check for permissions */
  };

/* Directory entry */
static struct proc_dir_entry Our_Proc_File =
  {
    0, /* Inode number - ignore, it will be filled by
        * proc_register[_dynamic] */
    5, /* Length of the file name */
    "sleep", /* The file name */
    S_IFREG | S_IRUGO | S_IWUSR,
    /* File mode - this is a regular file which
     * can be read by its owner, its group, and everybody
     * else. Also, its owner can write to it.
     *
     * Actually, this field is just for reference, it's
     * module_permission that does the actual check. It
     * could use this field, but in our implementation it
     * doesn't, for simplicity. */
    1,  /* Number of links (directories where the
         * file is referenced) */
    0, 0,  /* The uid and gid for the file - we give
            * it to root */
    80, /* The size of the file reported by ls. */
    &Inode_Ops_4_Our_Proc_File,
    /* A pointer to the inode structure for
     * the file, if we need it. In our case we
     * do, because we need a write function. */
    NULL  /* The read function for the file.
           * Irrelevant, because we put it
           * in the inode structure above */
  };

/* Module initialization and cleanup **************** */
/* Initialize the module - register the proc file */
int init_module()
{
  /* Success if proc_register_dynamic is a success,
   * failure otherwise */
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,2,0)
  return proc_register(&proc_root, &Our_Proc_File);
#else
  return proc_register_dynamic(&proc_root, &Our_Proc_File);
#endif
  /* proc_root is the root directory for the proc
   * fs (/proc). This is where we want our file to be
   * located.
   */
}

/* Cleanup - unregister our file from /proc. This could
 * get dangerous if there are still processes waiting in
 * WaitQ, because they are inside our open function,
 * which will get unloaded. I'll explain how to avoid
 * removal of a kernel module in such a case in
 * chapter 10. */
void cleanup_module()
{
  proc_unregister(&proc_root, Our_Proc_File.low_ino);
}

---

1999-05-19

---

---