Linux 设备驱动程序未按预期运行答案

【问题标题】：Linux device driver not behaving as expectedLinux 设备驱动程序未按预期运行
【发布时间】：2021-08-06 08:32:33
【问题描述】：

我正在尝试编写一个简单的设备驱动程序。驱动程序只有读/写操作。理想情况下，我希望 read() 函数以这样一种方式工作，即在读取设备文件时，会向终端打印一条消息以及读取设备文件的次数。该驱动程序包含以下库和全局变量：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/cdev.h>
#include "my_driver.h"

#define DEVICE_NAME "Edev"
#define SUCCESS 0
#define FAILURE -1
#define BUF_LEN 1024

static struct class * cls;

static int major_num;
static int counter=0;
static char message_buffer[BUF_LEN];
static char * message_pointer;
static char * write_pointer;

static struct file_operations elliott_fops = {
    .read=device_read,
    .write=device_write,
    .owner=THIS_MODULE
};

读取函数是这样写的：

static ssize_t device_read(struct file * filp2, char *buffer2, size_t length2, loff_t *offset2){
    ssize_t bytes_in_message=0;
    sprintf(message_buffer,"Yes,you read from the driver this many times: %d",counter++);
    message_pointer=message_buffer;
    while (length2 && *message_pointer++){
        put_user(*(message_pointer++),buffer2++);
        bytes_in_message++;
        length2--;
    }
    pr_info("Read %lu bytes with %lu bytes remaining in the buffer",bytes_in_message,length2);
    return bytes_in_message;
}

我希望 read() 函数使用 sprint() 调用将消息打印到终端，然后 while 循环将获取消息的字节长度。消息字节长度信息以及剩余缓冲区大小将记录在内核中

write函数是这样写的：

static ssize_t device_write(struct file * filp, const char *buffer, size_t length, loff_t *offset){
    ssize_t bytes_read_in=0;
    while (length && *buffer++){
        get_user(*(write_pointer++),buffer++);
        bytes_read_in++;
    }
    pr_info("The device had %lu bytes written to it",bytes_read_in);
    pr_info("Got message from user: %s",write_pointer);
    return bytes_read_in;
}

理想情况下，如果有人使用 "echo "hello linux kernel" > /dev/Edev" 命令写入设备，写入设备文件的消息将在内核中打印，以及如何消息很长。但是，read() 和 write() 函数的行为根本不是这样。例如，如果我加载模块并写入设备文件，则内核中没有记录任何消息。如果我随后执行了 cat /dev/Edev 命令，则打印到终端输出的不是带有计数的消息，而是刚刚通过 echo 写入设备的内容。

我假设这可能与缓冲区相互覆盖有关，但我很困惑，因为写入的缓冲区是用户空间，而读取的缓冲区是内核空间。我也不确定为什么没有消息被记录到内核。

【问题讨论】：

看起来device_write 依赖用户空间来空终止它正在写入的数据。这不是一个安全的假设，尤其是echo 不会这样做。此外，您的 *buffer++ 从用户空间读取而不通过 get_user 这也是不安全的。
您似乎也无法防止长时间写入超出缓冲区。我知道这只是作为练习编写的测试代码，但同样令人恐惧 - 内核中的缓冲区溢出是您可以想象的最严重的漏洞之一。
哦，device_write 每次迭代都会增加两次buffer，这是错误的。 message_pointer 与 device_read 相同。
并且length 不会在device_write 的循环中递减，因此这部分测试将始终保持为真。
而且你不检查get_user 或put_user 的返回值。基本上，这可能是您需要在几个小时后回来阅读您实际编写的内容，而不是您认为自己正在编写的内容的情况。就目前而言，您每个 LOC 的错误密度非常高，很难弄清楚其中哪一个是您观察到的不当行为的原因。

标签： c linux-kernel linux-device-driver

【解决方案1】：

将数据块复制到用户空间以供参考 (https://www.cs.bham.ac.uk/~exr/teaching/lectures/opsys/13_14/docs/kernelAPI/r4037.html) 使用copy_to_user函数。

【讨论】：

【解决方案2】：

device_read()中循环后自增运算符使用过多：

    while (length2 && *message_pointer++){
        put_user(*(message_pointer++),buffer2++);
        bytes_in_message++;
        length2--;
    }

message_pointer 每次迭代都会增加两次。同样，在device_write():

    while (length && *buffer++){
        get_user(*(write_pointer++),buffer++);
        bytes_read_in++;
    }

buffer 每次迭代都会增加两次。此外，length 变量未递减，write_pointer 变量未设置。

修改后的循环可以如下。在device_read():

    while (length2 && *message_pointer){
        put_user(*message_pointer, buffer2);
        message_pointer++;
        buffer2++;
        bytes_in_message++;
        length2--;
    }

在device_write():

    while (length && *buffer){
        get_user(*write_pointer,buffer);
        write_pointer++;
        buffer++;
        bytes_read_in++;
        length--;
    }

write_pointer 变量仍需要设置为指向device_write() 中的有效缓冲区。

[编辑：删除了关于 put_user() 和 get_user() 不止一次评估他们的论点的段落，因为我认为情况并非如此。]

【讨论】：