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Linux内核提供了丰富的调试和监控功能其中debugfs是内核调试的一个非常有用的接口。debugfs是一个虚拟文件系统专门用于内核调试信息。开发者可以通过它来创建、读取、写入和删除文件以此来获取和设置内核的调试信息。debugfs_create_dir和debugfs_create_file是debugfs提供的两个关键函数用于在内核中创建目录和文件。
debugfs_create_dir
debugfs_create_dir函数用于在debugfs文件系统中创建一个新目录。这个函数在内核中的定义大致如下
int debugfs_create_dir(const char *name, struct dentry *parent);const char *name: 要创建的目录的名称。struct dentry *parent: 父目录的 dentry 结构。 返回值是一个整数表示操作的结果。如果成功返回0如果有错误返回一个负值。 创建目录的流程大致是
调用debugfs_create_dir函数。函数内部会使用kmalloc分配内存创建一个dir_operations结构体并设置该结构体中的必要函数指针比如lookup、for_each_child等。调用debugfs_create_file函数来创建这个目录下的文件。将这个目录的dentry结构添加到父目录的dentry链表中。将这个目录的inode结构设置为可写并将其添加到debugfs的目录树中。
debugfs_create_file
debugfs_create_file函数用于在debugfs文件系统中创建一个新文件。这个函数在内核中的定义大致如下
int debugfs_create_file(const char *name, umode_t mode, struct dentry *parent,void *data, const struct file_operations *fops);const char *name: 要创建的文件的名称。umode_t mode: 文件的权限模式。struct dentry *parent: 父目录的 dentry 结构。void *data: 传递给文件操作的私有数据。const struct file_operations *fops: 文件操作结构体包含了文件操作的函数指针。 返回值同debugfs_create_dir。 创建文件的流程大致是
调用debugfs_create_file函数。函数内部会使用kmalloc分配内存创建一个file_operations结构体并设置该结构体中的必要函数指针比如read、write、open、release等。调用者需要提供这个文件的file_operations结构体和私有数据。函数将这个文件的dentry结构添加到父目录的dentry链表中。函数创建这个文件的inode结构并将其添加到debugfs的目录树中。
通过这两个函数开发者可以在内核中方便地创建用于调试和监控的目录和文件。这些目录和文件可以用来存储内核的调试信息或者作为内核模块之间的通信媒介。这对于内核开发和故障排查都是非常有益的。
3.代码实例
1.debugfs_create_dir创建目录驱动例子
#include linux/module.h
#include linux/fs.h
#include linux/debugfs.h
#include linux/uaccess.h#define MY_DEBUGFS_DIR my_debugfs
static int my_debugfs_create_dir_handler(struct dentry *parent, const char *name)
{int ret;struct dentry *debugfs_dir;debugfs_dir debugfs_create_dir(name, parent);if IS_ERR(debugfs_dir)) {ret PTR_ERR(debugfs_dir);printk(KERN_ERR Failed to create debugfs directory: %d\n, ret);return ret;}return 0;
}int __init my_debugfs_init(void)
{struct dentry *debugfs_root;debugfs_root debugfs_create_dir(my_module, NULL);if IS_ERR(debugfs_root)) {printk(KERN_ERR Failed to create debugfs root directory\n);return PTR_ERR(debugfs_root);}// 创建 debugfs 目录my_debugfs_create_dir_handler(debugfs_root, MY_DEBUGFS_DIR);return 0;
}void __exit my_debugfs_exit(void)
{
}
MODULE_LICENSE(GPL);
2.debugfs_create_file创建文件驱动例子
#include linux/module.h
#include linux/fs.h
#include linux/debugfs.h
#include linux/uaccess.h#define MY_DEBUGFS_FILE my_file
static int my_debugfs_read_handler(struct file *file, char __user *buffer, size_t length, loff_t *offset)
{// 实现读取逻辑return length;
}static int my_debugfs_write_handler(struct file *file, const char __user *buffer, size_t length, loff_t *offset)
{// 实现写入逻辑return length;
}static const struct file_operations my_debugfs_fops {.read my_debugfs_read_handler,.write my_debugfs_write_handler,
};int __init my_debugfs_init(void)
{struct dentry *debugfs_root;debugfs_root debugfs_create_dir(my_module, NULL);if IS_ERR(debugfs_root)) {printk(KERN_ERR Failed to create debugfs root directory\n);return PTR_ERR(debugfs_root);}// 创建 debugfs 文件debugfs_create_file(MY_DEBUGFS_FILE, 0644, debugfs_root, NULL, my_debugfs_fops);return 0;
}void __exit my_debugfs_exit(void)
{
}MODULE_LICENSE(GPL);
4.debugfs_create_dir函数调用栈流程
1.debugfs_create_dir调用流程 private/msm-google/fs/debugfs/inode.c struct dentry *debugfs_create_dir(const char *name, struct dentry *parent)
{struct dentry *dentry start_creating(name, parent);struct inode *inode;if (IS_ERR(dentry))return NULL;inode debugfs_get_inode(dentry-d_sb);if (unlikely(!inode))return failed_creating(dentry);inode-i_mode S_IFDIR | S_IRWXU | S_IRUGO | S_IXUGO;inode-i_op simple_dir_inode_operations;inode-i_fop simple_dir_operations;/* directory inodes start off with i_nlink 2 (for . entry) */inc_nlink(inode);d_instantiate(dentry, inode);inc_nlink(d_inode(dentry-d_parent));fsnotify_mkdir(d_inode(dentry-d_parent), dentry);return end_creating(dentry);
} simple_dir_inode_operations设置权限 simple_dir_operations回调函数设置目录 2.simple_dir_operations回调函数实现
const struct file_operations simple_dir_operations {.open dcache_dir_open,.release dcache_dir_close,.llseek dcache_dir_lseek,.read generic_read_dir,.iterate_shared dcache_readdir,.fsync noop_fsync,
};3.dcache_dir_open实现 int dcache_dir_open(struct inode *inode, struct file *file)
{file-private_data d_alloc_cursor(file-f_path.dentry);return file-private_data ? 0 : -ENOMEM;
}4.dcache_readdir实现
int dcache_readdir(struct file *file, struct dir_context *ctx)
{struct dentry *dentry file-f_path.dentry;struct dentry *cursor file-private_data;struct list_head *anchor dentry-d_subdirs;struct dentry *next NULL;struct list_head *p;if (!dir_emit_dots(file, ctx))return 0;if (ctx-pos 2)p anchor;elsep cursor-d_child;while ((p scan_positives(cursor, p, 1, next)) ! anchor) {if (!dir_emit(ctx, next-d_name.name, next-d_name.len,d_inode(next)-i_ino, dt_type(d_inode(next))))break;ctx-pos;}spin_lock(dentry-d_lock);list_move_tail(cursor-d_child, p);spin_unlock(dentry-d_lock);dput(next);return 0;
}
5.debugfs_create_file函数调用栈流程
1.debugfs_create_file调用流程 private/msm-google/fs/debugfs/inode.c static struct dentry *__debugfs_create_file(const char *name, umode_t mode,struct dentry *parent, void *data,const struct file_operations *proxy_fops,const struct file_operations *real_fops)
{struct dentry *dentry;struct inode *inode;if (!(mode S_IFMT))mode | S_IFREG;BUG_ON(!S_ISREG(mode));dentry start_creating(name, parent);if (IS_ERR(dentry))return NULL;inode debugfs_get_inode(dentry-d_sb);if (unlikely(!inode))return failed_creating(dentry);inode-i_mode mode;inode-i_private data;inode-i_fop proxy_fops;dentry-d_fsdata (void *)((unsigned long)real_fops |DEBUGFS_FSDATA_IS_REAL_FOPS_BIT);d_instantiate(dentry, inode);fsnotify_create(d_inode(dentry-d_parent), dentry);return end_creating(dentry);
} simple_pin_fs挂载文件系统 2.simple_pin_fs挂载文件系统
int simple_pin_fs(struct file_system_type *type, struct vfsmount **mount, int *count)
{struct vfsmount *mnt NULL;spin_lock(pin_fs_lock);if (unlikely(!*mount)) {spin_unlock(pin_fs_lock);mnt vfs_kern_mount(type, SB_KERNMOUNT, type-name, NULL);if (IS_ERR(mnt))return PTR_ERR(mnt);spin_lock(pin_fs_lock);if (!*mount)*mount mnt;}mntget(*mount);*count;spin_unlock(pin_fs_lock);mntput(mnt);return 0;
} 调用vfs_kern_mount挂载文件系统 3.vfs_kern_mount
struct vfsmount *
vfs_kern_mount(struct file_system_type *type, int flags, const char *name, void *data)
{struct mount *mnt;struct dentry *root;if (!type)return ERR_PTR(-ENODEV);mnt alloc_vfsmnt(name);if (!mnt)return ERR_PTR(-ENOMEM);if (type-alloc_mnt_data) {mnt-mnt.data type-alloc_mnt_data();if (!mnt-mnt.data) {mnt_free_id(mnt);free_vfsmnt(mnt);return ERR_PTR(-ENOMEM);}}if (flags SB_KERNMOUNT)mnt-mnt.mnt_flags MNT_INTERNAL;root mount_fs(type, flags, name, mnt-mnt, data);if (IS_ERR(root)) {mnt_free_id(mnt);free_vfsmnt(mnt);return ERR_CAST(root);}mnt-mnt.mnt_root root;mnt-mnt.mnt_sb root-d_sb;mnt-mnt_mountpoint mnt-mnt.mnt_root;mnt-mnt_parent mnt;lock_mount_hash();list_add_tail(mnt-mnt_instance, root-d_sb-s_mounts);unlock_mount_hash();return mnt-mnt;
} 调用mount_fs函数 4.mount_fs函数
struct dentry *
mount_fs(struct file_system_type *type, int flags, const char *name, struct vfsmount *mnt, void *data)
{struct dentry *root;struct super_block *sb;char *secdata NULL;int error -ENOMEM;if (data !(type-fs_flags FS_BINARY_MOUNTDATA)) {secdata alloc_secdata();if (!secdata)goto out;error security_sb_copy_data(data, secdata);if (error)goto out_free_secdata;}if (type-mount2)root type-mount2(mnt, type, flags, name, data);elseroot type-mount(type, flags, name, data);if (IS_ERR(root)) {error PTR_ERR(root);goto out_free_secdata;}sb root-d_sb;BUG_ON(!sb);WARN_ON(!sb-s_bdi);smp_wmb();sb-s_flags | SB_BORN;error security_sb_kern_mount(sb, flags, secdata);if (error)goto out_sb;WARN((sb-s_maxbytes 0), %s set sb-s_maxbytes to negative value (%lld)\n, type-name, sb-s_maxbytes);up_write(sb-s_umount);free_secdata(secdata);return root;
out_sb:dput(root);deactivate_locked_super(sb);
out_free_secdata:free_secdata(secdata);
out:return ERR_PTR(error);
}
5.debugfs_get_inode获取节点信息
static struct inode *debugfs_get_inode(struct super_block *sb)
{struct inode *inode new_inode(sb);if (inode) {inode-i_ino get_next_ino();inode-i_atime inode-i_mtime inode-i_ctime current_time(inode);}return inode;
}
6.new_inode创建一个节点
struct inode *new_inode(struct super_block *sb)
{struct inode *inode;spin_lock_prefetch(sb-s_inode_list_lock);inode new_inode_pseudo(sb);if (inode)inode_sb_list_add(inode);return inode;
}
