一、实验目的
掌握进程结构及进程管理原理
二、实验内容
编写一个模块，将它作为Linux内核空间的扩展来执行，并报告模块加载时内核的当前进程信息，进一步了解用户空间和内核空间的概念。
任务A 查看系统已加载模块。写一个小的模块打印"hello world"。
任务B 设计模块遍历进程描述符链表，打印出系统的进程数目、当前进程，并尽量多地打印每个进程的信息。例如：进程PID，进程状态等。
任务C 使用模块实现一个系统调用（也实现遍历进程链表的功能），并编写一个用户程序测试。体会利用模块从而带来的不用重新编译内核、调试方便等好处。
三、 实验 步骤
部分A：编写"hello world"模块
（1）首先创建工作目录。打开终端，依次输入命令行"mkdir test_1""cd test_1"。如图1所示：
图 1
（2）命令行输入 vim lmon.c创建模块源文件，文件名为lmon.c。如图2所示：
图 2
（3）编写Makefile。如图3所示
图 3
（4）编译模块，输入命令"make"。
这里出现编译错误，显示为格式错误，Makefile 对于缩进非常敏感，它必须使用 Tab 键而不是空格来缩进命令。更改后，make编译结果如图4所示：
图 4
（5）加载模块。输入命令行"sudo insmod lmon.ko""dmesg | tail"查看输出结果。如图5所示，由结果看到是我们程序运行的预期结果
图 5
（6）卸载模块。输入命令行"sudo rmmod lmon.ko""dmesg | tail"查看日志输出。看到我们第二个卸载模块的返回函数结果显示在下面，如图6所示：
图 6
部分B:设计模块遍历进程描述符链表，打印出系统的进程数目、当前进程，并尽量多地打印每个进程的信息。例如：进程PID，进程状态等。
(1）使用命令行：Vim wmon.c，编写代码文件，如图7所示:
图 7
（2）编写Makefile,然后输入make命令查看编译结果，如图8，图9所示
图 8
图 9
（3）查看日志 dmesg 可以看到进程的PID、进程名称、父进程id、当前状态，如图10所示
图 10
部分C：实现系统调用
（1）创建工作目录。首先打开终端，选择打开内核文件，输入命令行"cd linux-5.15.1/",然后依次输入"mkdir ~/syscall_module"，"cd ~/syscall_module"，创建工作目录和打开工作目录。然后创建内核模块文件：创建一个新的 C 文件syscall_module.c，用于实现内核模块和系统调用功能。该模块的功能是列出所有进程的 PID、名称和状态。如图11所示：
图 11
（2）创建Makefile。如图12所示：
图12
（3）编译模块。输入"make"如图13所示：
图 13
（4）创建一个用户程序文件test_syscall.c用来测试。如图14所示：
图 14
（5）编译用户测试程序，命令行输入"gcc -o test_syscall test_syscall.c"，然后运行用户程序，输入"./test_syscall"。程序会自动调用 insmod 命令加载 syscall_module.ko，并遍历进程链表，输出进程的信息。如图15所示：
图 15
这里回车后选择查看日志，确认模块的输出。如图16所示：
图 16
如图所示，日志并未输出预期的结果。从 dmesg 输出来看，内核模块确实已经成功加载并执行了 traverse_process_list 函数，遍历进程链表的日志信息已经输出。但没有显示出进程的具体信息。这可能是因为内核日志没有正确刷新，或者输出信息被覆盖。这里选择使用 dmesg -c 清除缓存后再查看，输入命令行"sudo dmesg -c"。如图17所示：
图 17
四、实验 体会
内核模块的灵活性：通过模块化设计，可以在不重新编译整个内核的情况下，快速测试和调试内核代码。这种灵活性大大提高了开发效率。
用户空间与内核空间的理解：在实验中，通过直接操作内核空间，深入理解了它与用户空间之间的区别和联系。特别是在进程管理方面，内核空间提供了对进程信息的直接访问，而用户空间则需要通过系统调用来获取这些信息。
调试技巧：在实验过程中遇到日志未输出预期结果的问题，学会了使用 dmesg -c 清除缓存以查看最新的内核日志。这种调试技巧对于后续的内核开发非常有帮助。
进程管理的重要性：通过遍历进程链表，观察到系统中各个进程的状态和信息，增强了对Linux进程管理机制的理解，认识到其在系统性能和资源管理中的关键作用。
在后续实验中，可以考虑增加更多的进程信息输出，例如CPU使用率、内存占用等，以更全面地了解系统状态。
进一步探索如何在用户空间与内核空间之间高效地传递数据，优化模块与用户程序的交互方式。
通过本实验的实践，掌握了Linux内核模块的基本编写流程，增强了对进程管理的理解，为进一步的内核开发奠定了基础。