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1.实验目的

1.掌握内核模块基本编程技术

2.向内核中添加一个内核模块，打印进程控制块信息，编译模块

3.加载、卸载模块

2.实验截图及结果分析

（1）实验截图

① 编译环节

② 加载模块

③ 卸载模块

卸载前：

卸载后：

④ 删除编译的文件

（2）实验结果分析

本次实验围绕添加内核模块展开，从编译、加载、卸载模块以及打印进程控制块信息等多方面进行操作，实验结果具有多维度的分析价值。

①编译环节

在编译过程中，通过执行make命令，依据Makefile文件中的配置，系统成功调用kbuild构建系统。从输出的编译信息可知，系统首先进入内核源码目录，读取顶层Makefile文件，随后依次对showPCB.c进行编译生成.o文件，再经过MODPOST处理和链接等步骤，最终生成后缀为.ko的内核模块showPCB.ko。这一过程严格遵循内核模块编译的标准流程，表明Makefile配置正确，kbuild构建系统能够顺利工作，确保了模块从源码到可加载内核模块的正确转换。

②加载模块环节

使用sudo insmod showPCB.ko命令加载模块后，通过sudo dmesg查看内核日志，获取到丰富的进程控制块信息。这些信息反映了进程在系统中的实时状态。例如，pid为 3075，表明当前运行进程在系统中的唯一标识；state、flags等字段详细描述了进程当前的运行状态和相关属性。其中，rcu_tasks_nvcsw为 0，说明在最近一次 RCU 更新完成后，该 CPU 上未发生非抢占式上下文切换。这些信息为深入了解系统进程调度和资源管理提供了有力依据，也验证了模块中打印进程控制块信息功能的正确性。

③卸载模块环节

卸载前使用lsmod命令查看系统中已加载的模块，showPCB模块显示在列表中，证明其已成功加载。执行sudo rmmod showPCB命令卸载模块后，再次使用lsmod查看，showPCB模块从列表中消失，表明卸载操作成功。这验证了模块的可卸载性，符合内核模块动态加载和卸载的机制设计，确保了系统资源的有效管理，当模块不再使用时能够及时从内核中移除，释放相关资源。

④删除编译文件环节

执行make clean命令，依据Makefile中clean目标的定义，系统成功删除了编译生成的showPCB.ko、showPCB.mod.c、showPCB.mod.o和showPCB.o文件。这一操作不仅清理了项目目录，避免文件冗余，还有助于在后续重新编译时确保生成的文件是最新的，防止因旧文件残留导致的编译错误，保持开发环境的整洁和规范性。

整体而言，本次实验各项操作结果符合预期，成功实现了向内核添加模块、打印进程控制块信息、编译、加载和卸载模块等目标。

3.实验程序

（1）showPCB.c

#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/sched.h> #include <linux/list.h> // 定义task_struct类型别名 typedef struct task_struct ts; // 模块初始化函数，使用正确的函数名 __init 修饰 static int __init my_module_init(void) { ts *now; now = current; printk("用户标识:\ncomm: %s\n\n", now->comm); printk("进程当前的状态：\nstate: %ld\n\n", now->state); printk("反映进程状态的信息，但不是运行状态：\nflags: %d\n\n", now->flags); printk("指向 ptrace_area 的指针，其中包含了调试信息和控制方法。通过使用 ptrace 系统调用，父进程可以与子进程进行交互： \nptrace: %d\n\n", now->ptrace); printk("正在CPU上运行的进程：\non_cpu: %d\n\n", now->on_cpu); printk("处理器：\ncpu: %d\n\n", now->cpu); printk("表示唤醒目标（wakee）被唤醒的次数：\nwakee_flips: %d\n\n", now->wakee_flips); printk("存储唤醒目标（wakee）的翻转衰减时间戳，具体来说，它表示最后一次唤醒目标翻转（flip）的时间： \nwakee_flip_decay_ts: %ld\n\n", now->wakee_flip_decay_ts); printk("一个函数，用于将指定的CPU唤醒，将CPU从空闲状态切换到活动状态：\nwake_cpu: %d\n\n", now->wake_cpu); printk("一个成员变量，用于表示进程是否在就绪队列（run queue）上：\non_rq: %d\n\n", now->on_rq); printk("进程优先级字段，它表示进程的优先级级别：\nprio: %d\n\n", now->prio); printk("进程优先级字段之一，表示进程的静态优先级：\nstatic_prio: %d\n\n", now->static_prio); printk("用于表示进程优先级的一个字段，它基于static_prio和调度策略计算出来：\nnormal_prio: %d\n\n", now->normal_prio); printk("用于表示实时进程优先级的一个字段：\nrt_priority: %d\n\n", now->rt_priority); printk("一个结构体，用于表示硬件分支跟踪(btrace)的序列：\nbtrace_seq: %d\n\n", now->btrace_seq); printk("实用于本进程的调度政策: \npolicy: %u\n\n", (unsigned int)now->policy); printk("一个字段，表示进程可以在哪些处理器上执行：\nnr_cpus_allowed: %d\n\n", now->nr_cpus_allowed); printk("一个统计量，表示在最近一次RCU（Read-Copy-Update）更新完成之后，该CPU上从开始到现在为止，执行了非抢占式上下文切换的次数：\nrcu_tasks_nvcsw: %ld\n\n", now->rcu_tasks_nvcsw); printk("一个统计量，表示在最近一次RCU（Read-Copy-Update）更新完成之后，该CPU上从开始到现在为止，执行了空闲任务的次数：\nrcu_tasks_idle_cpu: %d\n\n", now->rcu_tasks_idle_cpu); printk("表示进程退出状态的字段，有两种取值，1-EXIT_ZOMBIE(僵尸进程)，2-EXIT_DEAD(进程已经死亡且已经回收)：\nexit_state: %d\n\n", now->exit_state); printk("进程退出时的退出码，通常用于表示进程的退出状态,是一个整数值，通常为0表示进程正常终止，而非0值表示进程执行过程中有错误发生，比如溢出、除数为0等: \nexit_code %d\n\n", now->exit_code); printk("进程终止时发给父进程的信号：\nexit_signal: %d\n\n", now->exit_signal); printk("父进程消亡时发出的信号：\npdeath_signal: %d\n\n", now->pdeath_signal); printk("job control（作业控制）是bash环境下的一个工作管理机制。它能够在一个终端机下面进行多个工作管理。这些工作都是bash的子进程: \njobctl: %ld\n\n", now->jobctl); printk("personality是指进程的个性化设置，用于控制进程的行为和属性。personality是一个进程描述符的成员，可以通过设置personality字段来启用不同的进程个性化设置: \npersonality: %d\n\n", now->personality); printk("一个原子标志类型，用于实现非原子操作的标记: \natomic_flags: %ld\n\n", now->atomic_flags); printk("一个正整数，通常用于唯一标识正在运行的进程: \npid: %d\n\n", (int)now->pid); printk("tgid（线程组标识符）是一个进程标识符，它表示当前线程所在的线程组的标识符: \ntgid: %d\n\n", (int)now->tgid); printk("stack_canary是一种安全机制，用于防止栈溢出攻击。它通常被用于保护函数返回地址，以防止攻击者通过覆盖返回指针来控制程序的执行流程: \nstack_canary: %ld\n\n", now->stack_canary); printk("一个进程标识符，通常用于标识会话层。会话层是操作系统中负责进程间通信（IPC）的一层，它管理着进程之间的通信和资源共享: \nsessionid: %d\n\n", now->sessionid); return 0; } // 模块清理函数，使用正确的函数名 __exit 修饰 static void __exit my_module_cleanup(void) { printk("<1>Goodbye cruel world\n"); } // 注册模块初始化和清理函数 module_init(my_module_init); module_exit(my_module_cleanup); // 指定模块许可证 MODULE_LICENSE("GPL");

（2）Makefile

obj-m := showPCB.o KERNELDIR = /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd) default: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules clean: rm -f showPCB.ko showPCB.mod.c showPCB.mod.o showPCB.o