Linux下基于procfs与内核进行通信

在Linux系统中，procfs是一个特殊的文件系统，通常被挂载在/proc。这个文件系统不占用磁盘空间，它是一个虚拟的文件系统，用来为应用程序和内核提供一个交互接口。通过这个接口，应用程序可以读取系统信息，甚至可以更改内核的某些参数。

procfs的基本原理和使用方法

procfs代表进程文件系统（Process File System），它主要用来提供系统运行时的信息，包括系统资源、硬件配置以及正在运行的进程信息等。每一个运行中的进程在/proc下都有一个以其进程ID命名的目录，其中包含了该进程的详细信息。

除了进程信息，/proc还包含了一些全局的系统信息，比如/proc/cpuinfo、/proc/meminfo等文件。这些文件为只读，但也有些文件和目录是可写的，允许用户或者应用程序向内核提供信息或者更改某些设置。

Demo代码的实现思路

在本demo中，我们实现了一个简单的内核模块，用于过滤特定的块设备请求。我们使用procfs来提供一个用户空间的接口，使得用户可以打开或关闭过滤功能，并且可以指定要过滤的设备。

代码主要包含以下几个部分：

定义了全局变量g_blk_filter_on和g_blk_filter_device_name，分别用来记录过滤器的开关状态和过滤的设备名称。
实现了block_filter_proc_open、block_filter_proc_show和block_filter_proc_write三个函数，分别用于打开proc文件、读取当前配置和写入新配置。
proc_file_fops结构体将上述函数与proc文件系统的操作关联起来。
block_filter_init和block_filter_exit两个函数用于模块的初始化和清理工作。
Makefile用于编译内核模块。

试验平台和Linux版本

本实验在基于x86架构的Linux系统上进行，Linux版本为5.x（请根据实际情况替换为具体版本号）。

代码的实现效果

加载此内核模块后，/proc/block_filter文件将被创建。用户可以通过读取此文件来查看当前的过滤器状态和配置的设备名称。通过向此文件写入"on"、"off"或设备名称，用户可以打开或关闭过滤器，或者更改过滤的设备。

例如：

echo "on" > /proc/block_filter # 打开过滤器
echo "sdb" > /proc/block_filter # 设置过滤设备为sdb
cat /proc/block_filter # 查看当前状态

完整的代码和Makefile

// block_filter.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/blkdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/bio.h>

// ...[省略部分代码，具体参见上文提供的代码]...

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A block device filter module");
MODULE_VERSION("0.1");

# Makefile
KERN_DIR = /lib/modules/$(shell uname -r)/build
obj-m += block_filter.o
block_filter-objs := kprobe_filter.o

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=$(PWD) modules

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=$(PWD) clean
    rm -rf modules.order

结论

使用procfs为内核模块提供用户空间的交互接口是一种简便高效的方法。它不仅可以用来获取系统信息，还可以用来更改内核的运行参数，非常适合需要与用户空间通信的内核模块。

在实际开发中，应当注意内核空间与用户空间之间的数据传输安全，确保不会因为错误的操作影响系统的稳定性。此外，对于可能影响系统安全的操作，应当添加适当的权限控制，避免未授权的访问。