20252820_中断和异常管理

20252820_中断和异常管理

实验内容：Tasklet / Workqueue / 信号捕获
实验平台：openEuler
内核版本：5.10.0+

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1. 实验目的

1. 理解 Linux 内核中下半部机制（Bottom Half）的基本思想与使用方式。
2. 掌握tasklet的创建、调度与释放流程。
3. 掌握workqueue（工作队列）的创建、延迟调度、周期执行与退出清理流程。
4. 理解 Linux 用户态信号机制，能捕获并处理Ctrl+C / Ctrl+Z / Ctrl+\对应信号。

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2. 实验环境与准备

2.1 软硬件环境

• 操作系统：openEuler
• 内核版本：5.10.0+
• 编译工具：gcc / make
• 内核构建目录：/lib/modules/$(uname -r)/build -> /usr/src/kernels/5.10.0+

2.2 实验目录结构

chapter4_interrupt_exception/ ├── task1_tasklet/ │ ├── tasklet_intertupt.c │ └── Makefile ├── task2_workqueue/ │ ├── workqueue_test.c │ └── Makefile └── task3_signal/ ├── catch_signal.c └── Makefile

2.3 建立目录

mkdir-p chapter4_interrupt_exception/{task1_tasklet,task2_workqueue,task3_signal}

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3. 任务一：Tasklet 打印 HelloWorld

3.1 实验内容说明

本任务通过 tasklet 实现一个简单的下半部处理：模块加载时初始化 tasklet 并调度执行，在 tasklet 处理函数中打印Hello World!，模块卸载时使用tasklet_kill()确保 tasklet 安全退出。

3.2 核心代码要点（tasklet_intertupt.c）

文件位置：chapter4_interrupt_exception/task1_tasklet/tasklet_intertupt.c

• tasklet_init(&tasklet, handler, data)：初始化 tasklet
• tasklet_schedule(&tasklet)：调度 tasklet 执行
• tasklet_kill(&tasklet)：退出时确保 tasklet 不再运行

3.3 Makefile 配置（关键点：KERNELDIR）

文件位置：chapter4_interrupt_exception/task1_tasklet/Makefile

• 外部模块编译：make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
• openEuler 推荐：KERNELDIR=/lib/modules/$(shell uname -r)/build

3.4 实验步骤

1）进入目录并编译：

cdchapter4_interrupt_exception/task1_taskletmakeclean&&make

2）加载模块并查看输出：

sudoinsmod tasklet_intertupt.kodmesg|tail-n30

3）卸载模块并查看输出：

sudormmod tasklet_intertuptdmesg|tail-n30

3.5 运行结果与截图

• 截图1：make编译成功（生成.ko）
  【截图：任务1-编译成功】
  
  
  

• 截图2：insmod后dmesg中出现Start...与Hello World...
  【截图：任务1-加载与打印】
  

3.6 结果分析与总结

• tasklet 属于下半部机制之一，适合执行短小、非阻塞的延后处理。
• 退出时必须tasklet_kill()，避免模块卸载后 tasklet 仍可能访问已释放代码导致异常。

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4. 任务二：Workqueue 周期打印 HelloWorld

4.1 实验内容说明

本任务使用工作队列实现“周期打印”效果：创建专用 workqueue，初始化 delayed_work，首次延迟入队；在 work 回调中打印信息并再次queue_delayed_work()自己，从而形成周期执行；卸载模块时取消 delayed_work 并销毁工作队列。

4.2 核心代码要点（workqueue_test.c）

文件位置：chapter4_interrupt_exception/task2_workqueue/workqueue_test.c

关键点：

• create_singlethread_workqueue()创建队列
• INIT_DELAYED_WORK(&mywork, work_handle)初始化延迟任务
• queue_delayed_work(queue, &mywork, period*HZ)延迟调度
• 在work_handle()中再次queue_delayed_work()实现周期循环
• 退出时：cancel_delayed_work_sync()+destroy_workqueue()避免竞态与悬挂任务

4.3 Makefile 配置

文件位置：chapter4_interrupt_exception/task2_workqueue/Makefile

• KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build

4.4 实验步骤

1）进入目录并编译：

cdchapter4_interrupt_exception/task2_workqueuemakeclean&&make

2）加载模块（设置周期参数 5 秒）：

sudoinsmod workqueue_test.koperiod=5

3）观察周期打印：

dmesg-w

4）卸载模块：

sudormmod workqueue_test

4.5 运行结果与截图

• 截图1：make编译成功（生成.ko）
  【截图：任务2-编译成功】
  
  
  

• 截图2：insmod后dmesg连续多次输出（体现周期性）
  【截图：任务2-周期打印】
  

4.6 结果分析与总结

• workqueue 在进程上下文中执行，允许睡眠/阻塞，适合执行相对更复杂的任务。
• 周期执行推荐在 work 回调中自我重新入队，而不是在module_init()中sleep，避免insmod阻塞。
• 退出必须同步取消 delayed_work，防止模块卸载后工作仍被调度。

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5. 任务三：捕获 Ctrl+C / Ctrl+Z / Ctrl+\ 信号

5.1 实验内容说明

本任务在用户态编写程序捕获三类终端按键信号：

• Ctrl + C→SIGINT
• Ctrl + Z→SIGTSTP
• Ctrl + \→SIGQUIT

程序打印当前进程 PID，注册信号处理函数，在捕获到信号后输出对应提示并退出。

5.2 核心代码要点（catch_signal.c）

文件位置：chapter4_interrupt_exception/task3_signal/catch_signal.c

• 使用signal(SIGxxx, handler)注册处理器
• 使用pause()阻塞等待信号到来
• 在 handler 中区分不同sig并输出提示

5.3 编译与运行步骤

1）进入目录并编译：

cdchapter4_interrupt_exception/task3_signalmakeclean&&make

2）运行程序：

./catch_signal

3）分别测试三种按键（每次测试重新运行一次程序）：

• Ctrl + C（SIGINT）
• Ctrl + Z（SIGTSTP）
• Ctrl + \（SIGQUIT）

5.4 运行结果与截图

• 截图1：程序启动输出 PID
  【截图：任务3-启动输出PID】
  
  

• 截图2：按下Ctrl+C捕获 SIGINT 输出，按下Ctrl+Z捕获 SIGTSTP 输出，按下Ctrl+\捕获 SIGQUIT 输出
  

5.5 结果分析与总结

• 信号是 Linux 用户态重要的异步事件通知机制，终端按键会向前台进程组发送特定信号。
• 通过注册 handler 可以实现自定义行为（打印、资源释放、优雅退出等）。
• 本实验通过 handler 拦截默认行为，实现“捕获并提示”的效果。

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6. 实验中遇到的问题与解决方案

6.1 问题：内核源码目录找不到导致编译失败

现象：make[1]: *** /root/raspberrypi-kernel: No such file or directory
原因：Makefile 中KERNELDIR指向了不存在路径。
解决：openEuler 使用：/lib/modules/$(uname -r)/build（本机链接到/usr/src/kernels/5.10.0+）。

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7. 实验结论

完成 tasklet、workqueue 与用户态信号捕获三个任务，理解了 Linux 中断下半部与异步事件处理的基本机制，并掌握了模块编译加载、日志验证、退出清理等关键流程。