Linux 内核 Simulator Framework 入门

好人好梦

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Device Simulator Framework（DSF）为您的所有设备提供了一个易用的输入输出控制 (ioctl) 接口，无论这些设备是否确实存在。对那些经验丰富的内核和设备驱动程序软件开发人员而言，DSF 让调试和测试设备代码变得更容易，而这些工作如果没有 DSF 将难以进行模拟和再现。

为 Linux 内核创建测试用例相当简单；通常要么要求特定的范围，要么要求广泛的范围。不过，当在用户空间进行测试时，有一些特殊情况可能很难测试。很少执行的分支代码、不存在的设备以及错误路径代码等难以测试。

Device Simulator Framework（DSF）可以解决这一问题，它拥有一个内核空间到用户空间的输入输出控制接口，让测试用例开发人员可以执行内核的特定目标区域。当设备可能不存在时，DSF 特别有助于执行设备驱动程序内核代码。虽然 DSF 不能取代真正的设备测试，但是它可以在很大程度上帮助您调试和测试驱动程序代码。

DSF 还可以加快测试用例的开发，因为您不必去学习用于用户/内核空间通信的输入输出控制接口。

到目前为止，只支持最近发布的 Linux 2.5.xx 到当前的 2.6.xx 之间的内核版本。

入门
首先，我建议您下载整个 Linux Test Project (LTP) 测试套件，其中包括 DSF 代码。Linux Test Project 是 IBM Linux Technology Center (LTC) 与其他一些组织合作的项目（请参阅 参考资料 中的链接）。

解压存档文件后，您将在 testcases/kernel/device-drivers/dev_sim_framework 目录下找到用户/内核模板测试代码。编译 LTP 测试套件并安装它，然后切换到 DSF 目录。进入 DSF 目录后，您将看到 kernel_space 目录和 user_space 目录。相应的内核模块和用户空间文件分别在这两个目录中。切换到这两个目录并运行 make 来编译模板。

使用模板
模板编译完成后，在执行用户空间代码之前您可以用 insmod 或 modprobe 来加载内核模块。切换到 user_space 目录，执行用户空间代码。由于模板只是与已经注册的内核模块通信并返回，所以用户代码将运行并迅速返回结果。

修改模板来执行期望的内核代码相对也比较简单。不过，还是需要一些内核编程的知识。EXPORT_SYMBOL 标签内定义的函数对全部内核代码公开，不用修改内核代码就可以在您的内核模块中直接调用。您还可以手工修改内核源代码来导出另外的函数，用于重新编译并加载新内核后的测试。

DSF 应用
下面的代码是一个如何实现设备类型测试的例子：

清单 1. 虚拟设备代码

　 switch(cmd) {
　　 case LTP_OPTION1: rc = test_option(); break;
　　 case PCI_ENABLE:　rc = pci_enable(); break;
　　 default:
　　　printk("Mismatching ioctl command\n");
　　　　　　　　　　　　　 break;
　　　　　 }

　 .
　 .
　 .

　 /*
　 * pci_enable
　 *　enable a pci device so that it may be used in
　 *　later testing in the user test program
　 */

　 static int pci_enable() {
　 int rc = 0;
　 struct pci_dev *dev = ltp_pci.dev;

　 /* check if can enable the device pointer */
　 if(!dev) {
　　 printk("tpci: dev is NULL\n");
　　 return 1;
　 }

　 if( pci_enable_device(dev) ) {
　　 printk("tpci: failed to enable pci device\n");
　　 rc = 1;
　 }

　 else {
　　 printk("tpci: enabled pci device\n");
　　 rc = 0;
　 }

　 return rc;
　 }

这个例子启用了一个调用 pci 内核 API 的“虚拟的”PCI 设备。这个虚拟的设备还可以用于其他测试。

结束语
如果您是一位具有一定经验的 Linux 内核和设备驱动程序开发人员，使用 DSF 将让您双重受益：由于 DSF 模板可以用于很多不同的测试，所以您可以更快地开发测试用例并保证其更加一致。而且，您还可以执行内核的特定目标区域，这样典型的用户空间测试用例执行内核代码时就不会再漫无目的。