====== Задание по написанию модуля ядра ======

Задание является факультативным.  Его исполнение не является обязательным для успешной сдачи экзамена.
Успешная сдача задания освобождает студента от сдачи экзамена.

=== Формулировка задания ===

Реализовать модуль ядра, который регистрирует символьное устройство с именем "math".
Устройство должно предоставлять возможность взаимодействия с ним с помощью системного вызова ioctl(int fd, unsigned int cmd, unsigned long arg).
Первый аргумент — файловый дескриптор, второй — номер команды, третий — адрес области памяти в пространстве пользователя (для иных устройств это произвольный аргумент).
Область памяти должна содержать массив элементов типа int.
Обработчик каждой команды должен считывать из адресного пространства пользователя аргумент(-ы), вычислять результат и записывать его в область памяти, следующую за последним аргументом.
К примеру, MATH_IOCTL_SUM считывает аргументы по адресам arg и arg+sizeof(int), а записывает результат по адресу arg+2*sizeof(int).

Это устройство должно отвечать на несколько команд системного вызова ioctl(2):

  * MATH_IOCTL_SQR — возводит в квадрат единственный аргумент
  * MATH_IOCTL_NEG — меняет знак единственного аргумента
  * MATH_IOCTL_ADD — складывает два аргумента
  * MATH_IOCTL_SUB — вычитает второй аргумент из первого
  * MATH_IOCTL_MUL — умножает два аргумента
  * MATH_IOCTL_DIV — делит первый аргумент на второй

=== Требования к модулю ===

  * Модуль должен быть выгружаемым.
  * Модуль должен использовать определения команд MATH_IOCTL_XXX из файла math.h.
  * Модуль должен предоставлять возможность одновременной работы с символьным устройством 4 пользователям.  Пятому пользователю (и последующим) на попытку открыть файл должен возвращаться код ошибки EBUSY.
  * Одновременное использование символьного устройства не должно приводить к гонкам (race condition).
  * Обработчик ioctl должен проверять входные данные и предотвращать целочисленные переполнения, деление на ноль и другие ошибки.  Если аргументы пользователя некорректны, ему необходимо вернуть код ошибки EINVAL.
  * Для взаимодействия с памятью пользователя необходимо использовать функции из набора get_user, put_user, copy_to_user, copy_from_user.

=== Материалы к заданию ===

  * Исходный код утилиты math_ctl, с помощью которой можно проверить работоспособность символьного устройства.
  * Makefile для сборки модуля и утилиты math_ctl.  Для сборки выполните команду "make" без аргументов, для загрузки модуля выполните "make insert_module".
  * Заготовка исходного файла модуля с указанием стандартных заголовочных файлов.
  * Заголовочный файл с определением констант MATH_IOCTL_XXX.

Ссылка на архив: [[ftp://dione.intelib.org/pub/segoon/math.tar.gz]]

=== Советы ===

  * Для упрощения отладки используйте pr_info(), печатающую отладочную информацию в системный лог (либо другие функции из семейства printk).  Лог можно прочитать с помощью консольной команды dmesg.
  * Для работы с символьным устройством используйте функции [[https://github.com/torvalds/linux/blob/v3.8/include/linux/fs.h#L2122|register_chrdev()]] и [[https://github.com/torvalds/linux/blob/v3.8/include/linux/fs.h#L2128|unregister_chrdev()]].  Из файловых операций структуры [[https://github.com/torvalds/linux/blob/v3.8/include/linux/fs.h#L1515|file_operations]] необходимо реализовать лишь методы open (вызывается при попытке открытия файла), release (вызывается при закрытии файлового дескриптора), unlocked_ioctl (вызывается при соответствующем системном вызове ioctl(2)).  Остальные поля структуры file_operations для задания не важны.
  * Для ограничения числа пользователей рекомендуется использовать атомарные переменные.
  * Для сборки модуля требуются заголовочные файлы ядра.  В дистрибутивах линукс семейства Debian (Debian, Ubuntu, Mint, ...) для их установки требуется пакет linux-headers-generic.  В дистрибутивах семейства Fedora требуется пакет kernel-devel.
  * Помните, что код ядра должен возвращать код ошибки в виде отрицательного значения для отличия от успешного (неотрицательного) результата.  Пользовательский код преобразует это отрицательное значение в первоначальный код ошибки.  Например, если ядро хочет вернуть код ошибки EBUSY, то соответствующая команда должна быть "return -EBUSY", а не "return EBUSY".
  * Если не понятно, как реализовать ту или иную команду, посмотрите в код утилиты math_ctl.  Возможно, по коду пользователя этой команды вы поймёте, как нужно действовать.
  * Учтите, что адрес переменной типа int в адресном пространстве процесса имеет тип "int <nowiki>__user</nowiki> *", а не "int *".  Макрос "<nowiki>__</nowiki>user" используется для нахождения небезопасного разыменования пользовательского указателя.

=== Сдача решений ===

Решённое задание отправляйте на почту segooon AT gmail.com.

При возникновении проблем компиляции, отладки или других проблем пишите на тот же адрес.

====== Второе задание по написанию модуля ядра ======

Задание является факультативным.  Его сдача не влияет ни на сдачу экзамена, ни на получение автомата.

=== Формулировка задания ===

Реализовать модуль ядра, который регистрирует символьное устройство с именем "prime".
Устройство должно предоставлять возможность взаимодействия с помощью системного вызова read.

При чтении с помощью системного вызова read устройство выдаёт последовательность простых чисел типа uint64_t.
Устройство сохраняет информацию о том, сколько чисел было считано и при последовательных вызовах read выдаёт продолжение прерванной последовательности.
Вызов read с размером буфера, не кратным 8 (sizeof(uint64_t)), обрабатывается как ошибочный.

Возможно использование устройства более чем одним пользователем.
При этом каждый пользователь считывает свою последовательность простых чисел независимо от других пользователей.

Работа с очень большими числами не должна значительно задерживать обработку сигналов.
При получении сигнала процесс не должен блокироваться на длительное время.