1、背景 壓縮卡驅(qū)動(dòng)提供給文件系統(tǒng)KAPI，供文件系統(tǒng)對(duì)文件數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和解壓。在測試中，最初采用的方法是通過文件系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用，利用文件系統(tǒng)在處理系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，會(huì)調(diào)用到驅(qū)動(dòng)的KAPI，來完成對(duì)壓縮卡KAPI及其更下層（包含硬件）正確性的測試?？紤]到這種方法，可能會(huì)由于文件系統(tǒng)對(duì)KAPI的具體使用方式而屏蔽一些問題的發(fā)現(xiàn)，因此展開了對(duì)KAPI的直接測試。由于KAPI是內(nèi)核態(tài)的接口，無法在用戶態(tài)直接調(diào)用，因此要最終完成對(duì)KAPI的更直接測試，需要借助編寫內(nèi)核模塊(Kernel Module)，來實(shí)現(xiàn)用戶進(jìn)程對(duì)KAPI的訪問；此外，還要解決用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)兩者的交互。下圖中表示了引入基于內(nèi)核模塊的測試方法，可以使我們的測試程序在調(diào)用關(guān)系上更加接近被測模塊，從而在測試效率和覆蓋性上得到改進(jìn)。
在本文中，將主要介紹實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)核模塊的測試的相關(guān)知識(shí)與代碼編寫方式。
2、用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài) 操作系統(tǒng)中，虛擬內(nèi)存被分為內(nèi)核空間和用戶空間。內(nèi)核空間被用于內(nèi)核，內(nèi)核擴(kuò)展功能和一些設(shè)備驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行；用戶空間是用戶進(jìn)程在用戶態(tài)下運(yùn)行時(shí)所使用。在 linux系統(tǒng)中，內(nèi)核擁有地址為3G到4G的內(nèi)存空間，并且它是被共享的，而用戶進(jìn)程擁有0到3G的用戶空間，每個(gè)用戶進(jìn)程擁有獨(dú)立的空間。
CPU根據(jù)PSW寄存器中的模式bit，可以工作在用戶態(tài)(Ring 3)或內(nèi)核態(tài)(Ring 0)，用戶態(tài)能執(zhí)行有限的非特權(quán)的CPU指令。在內(nèi)核態(tài)可以執(zhí)行所有指令。工作在用戶態(tài)的進(jìn)程無法直接訪問硬件和內(nèi)核的內(nèi)存空間，這是出于運(yùn)行安全的考慮。當(dāng)然，操作系統(tǒng)也會(huì)也提供系統(tǒng)調(diào)用或中斷等方法，讓用戶進(jìn)程可以切換到內(nèi)核態(tài)，以訪問內(nèi)核空間或硬件。系統(tǒng)調(diào)用或中斷，可以看作是有限度的開放給用戶進(jìn)程對(duì)內(nèi)核和硬件的訪問，從而保證了系統(tǒng)安全。
在驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目中，驅(qū)動(dòng)程序工作在內(nèi)核空間中，它直接提供KAPI給內(nèi)核，這樣我們就無法通過用戶進(jìn)程完成對(duì)該KAPI的測試。當(dāng)然，通過執(zhí)行內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用，當(dāng)發(fā)生磁盤讀寫時(shí)可以間接的調(diào)用到該KAPI，但是內(nèi)核對(duì)其有限或具體的調(diào)用方式往往屏蔽了底層驅(qū)動(dòng)的部分缺陷，這種測試方法也帶來發(fā)現(xiàn)問題后追查定位的困難。要改變這些不足，最直接的思路就是跨越對(duì)內(nèi)核特殊邏輯間接調(diào)用的依賴，通過直接對(duì)KAPI進(jìn)行調(diào)用的方法完成測試。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工作在內(nèi)核態(tài)的KAPI的訪問，必須向內(nèi)核置入內(nèi)核態(tài)的代碼以發(fā)起調(diào)用，這將通過kernel module來完成，會(huì)在第三部分具體介紹。而為了實(shí)現(xiàn)對(duì)測試數(shù)據(jù)輸入，執(zhí)行發(fā)起，結(jié)果輸出采集等的靈活控制，還必須實(shí)現(xiàn)用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的交互，具體方法將在第四部分介紹。
3. Kernel Module 要達(dá)成對(duì)KAPI的直接調(diào)用和測試，需要添加工作在內(nèi)核態(tài)的代碼實(shí)現(xiàn)對(duì)該函數(shù)的訪問，這里我們借助kernel module來完成。kernel module提供了不需要重新編譯kernel image，就向內(nèi)核引入新代碼和邏輯的支持。Kernel Module通常是以ko為擴(kuò)展名的文件，通過lsmod命令可以查看已經(jīng)加載的Kernel Module，通過insmod/rmmod命令完成指定的的模塊的加載和卸載。Kernel Module最基本的編程模式是編程者通過宏定義module_init和module_exit，指定在模塊加載和卸載時(shí)進(jìn)行的初始化或清理等工作。一個(gè)基本的hello world程序如下。向init中就可以加入對(duì)KAPI進(jìn)行調(diào)用的函數(shù)，當(dāng)模塊被insmod時(shí)就會(huì)在內(nèi)核態(tài)被執(zhí)行。但是這與靈活的完成各種測試任務(wù)還有差距，為了能在用戶態(tài)完成測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備和輸入，測試結(jié)果的獲取和對(duì)執(zhí)行的控制，還需要引入用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的交互。關(guān)于Kernel Module更詳細(xì)的編譯方式和編程模式介紹，可以參考
http://www.tldp.org/LDP/lkmpg/2.6/html/#include <linux/module.h> /* Needed by all modules */
#include <linux/kernel.h> /* Needed for KERN_INFO */
#include <linux/init.h> /* Needed for the macros */
static int __init hello_init(void){
printk(KERN_INFO "Hello, world 2\n");
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void){
printk(KERN_INFO "Goodbye, world 2\n");}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
