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tmpfs的监控筛选/dev/shm下的shmem创建

news 来源：原创 2025/4/24 13:12:22

一、背景

在一个比较注重性能的系统上，共享内存的使用肯定非常普遍。为了能更好的了解系统里共享内存的使用，比如创建、删除等操作，我们是可以对其进行监控的。

这篇博客以共享内存的创建监控为例来介绍如何监控共享内存。

这里有一个概念就是/dev/shm下的文件，是放在内存上的文件，这个/dev/shm如下面的df -h命令可以看到，它是一个tmpfs文件系统，而系统上的tmpfs文件系统其实有很多，/dev/shm是其中一个。我们其实在监控共享内存时，一般来说都是只感兴趣/dev/shm下的也就是shm_open这套shmem接口来创建的共享内存文件。

在下面第二章里，我们贴出改动源码和结果展示，在第三章里，我们给出源码分析和相关细节分析。

二、源码和结果展示

2.1 内核shmem.c里的改动部分

在内核shmem.c里增加下面这段代码：


static u32 _enable_output_path = 0;

void shmem_set_enable_output_path(void) {
	_enable_output_path = 1;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(shmem_set_enable_output_path);

void shmem_set_disable_output_path(void) {
	_enable_output_path = 0;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(shmem_set_disable_output_path);

#include <linux/blk_types.h>
#include <linux/blkdev.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/mount.h>

#if 0
void print_superblock_root_path(struct super_block *sb) {
    struct dentry *root_dentry = sb->s_root;
    char path_buffer[256];
    struct path root_path;

    root_path.dentry = root_dentry;
    root_path.mnt = root_dentry->d_sb->s_root->mnt; // 获取挂载点

    if (d_path(&root_path, path_buffer, sizeof(path_buffer)) < 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to get path\n");
    } else {
        printk(KERN_INFO "Root path: %s\n", path_buffer);
    }
}
#endif

extern struct dentry* get_dentry_by_sb_currns(struct super_block *sb);

static struct super_block *_psb_devshm = NULL;

int outputfullpath(const char* i_prefix, struct inode *i_inode, struct dentry* i_dentry)
{
    struct dentry *dentry;
	char *buffer, *buffer_mount1, *buffer_mount2, *buffer_mount3, *path;
	buffer = (char *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
	if (!buffer)
		return -ENOMEM;
	buffer_mount1 = (char *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
	if (!buffer_mount1)
		return -ENOMEM;
	buffer_mount2 = (char *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
	if (!buffer_mount2)
		return -ENOMEM;
	buffer_mount3 = (char *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
	if (!buffer_mount3)
		return -ENOMEM;
	
	if (_psb_devshm) {
		if (i_inode->i_sb != _psb_devshm) {
			printk("not /dev/shm!\n");
			goto free_label;
		}
	}
	hlist_for_each_entry(dentry, &i_inode->i_dentry, d_u.d_alias) {
        path = dentry_path_raw(dentry, buffer, PAGE_SIZE);
        if (IS_ERR(path)){
            continue;   
        }

		{
            struct dentry* de = get_dentry_by_sb_currns(i_inode->i_sb);
            char *path1 = dentry_path_raw(de, buffer_mount1, PAGE_SIZE);
            char *path2 = NULL;
            char *path3 = NULL;
            //printk("path1 = %s\n", path1);
            if (de->d_sb) {
                if (strcmp(path1, "/") != 0) {
                    de = get_dentry_by_sb_currns(de->d_sb);
                    path2 = dentry_path_raw(de, buffer_mount2, PAGE_SIZE);
                    //printk("path2 = %s\n", path2);
                    if (de->d_sb) {
                        if (strcmp(path2, "/") != 0) {
                            de = get_dentry_by_sb_currns(de->d_sb);
                            path3 = dentry_path_raw(de, buffer_mount3, PAGE_SIZE);
                            //printk("path3 = %s\n", path3);
                        }
                        else {
                            path2 = NULL;
                        }
                    }
                }
                else {
                    path1 = NULL;
                }
            }
			else {
				goto free_label;
			}

			if (path1 && path2) {
				if ((strcmp(path2, "/dev") == 0) 
					&& (strcmp(path1, "/shm") == 0)) {
					if (strcmp(path3, "/") == 0) {
						printk("[/dev/shm][%s]dentry name = %s , path = %s, i_dentry=%s, i_dentry->d_parent.name=%s"
							" sb->s_root.name=%s (d_parent==sb->s_root)[%u]\n", 
							i_prefix, dentry->d_name.name, path, i_dentry->d_name.name, 
							i_dentry->d_parent->d_name.name, i_inode->i_sb->s_root->d_name.name,
							(i_dentry->d_parent == i_inode->i_sb->s_root)?1:0);
						_psb_devshm = i_inode->i_sb;
						goto free_label;
					}
				}
			}
            // if (path2) {
            //     printk("dentry name = %s%s%s\n", path2, path1, path);
            // }
            // else if (path1) {
            //     printk("dentry name = %s%s\n", path1, path);
            // }
            // else {
            //     printk("dentry name = %s\n", path);
            // }
        }
	}

free_label:
	free_page((unsigned long)buffer);
	free_page((unsigned long)buffer_mount1);
	free_page((unsigned long)buffer_mount2);
	free_page((unsigned long)buffer_mount3);

	//spin_unlock(&inode->i_lock);
    return 0;
}

然后在shmem.c里的shmem_mknod函数里增加下面这段红框部分的代码：

另外，和之前的博客 获取inode的完整路径包含挂载的路径_内核如何通过inode获取完整路径-CSDN博客 里增加在namespace.c里 3.1 一节里讲的内容一样，增加了下面这个函数：

struct dentry* get_dentry_by_sb_currns(struct super_block *sb)
{
	struct mnt_namespace *mnt_ns = current->nsproxy->mnt_ns;
	struct mount *mnt;
	struct dentry* dentry = NULL;
	lock_mount_hash();
	list_for_each_entry(mnt, &mnt_ns->list, mnt_list) {
		if (mnt->mnt.mnt_sb == sb) {
			dentry = mnt->mnt_mountpoint;
			break;
		}
	}
	unlock_mount_hash();
	return dentry;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(get_dentry_by_sb_currns);

2.2 内核模块用来启动/关闭shmem的这个调试判断和打印

#include <linux/module.h>
#include <linux/capability.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/ctype.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/stddef.h>
#include <linux/lockdep.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/init.h>
#include <asm/atomic.h>
#include <trace/events/workqueue.h>
#include <linux/sched/clock.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/tracepoint.h>
#include <trace/events/osmonitor.h>
#include <trace/events/sched.h>
#include <trace/events/irq.h>
#include <trace/events/kmem.h>
#include <linux/ptrace.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <asm/processor.h>
#include <linux/sched/task_stack.h>
#include <linux/nmi.h>
#include <asm/apic.h>
#include <linux/version.h>
#include <linux/sched/mm.h>
#include <asm/irq_regs.h>
#include <linux/kallsyms.h>
#include <linux/kprobes.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zhaoxin");
MODULE_DESCRIPTION("Module for kernel get time.");
MODULE_VERSION("1.0");

extern void shmem_set_enable_output_path(void);
extern void shmem_set_disable_output_path(void);

static int __init testtmpfs_init(void)
{
    shmem_set_enable_output_path();
    return 0;
}

static void __exit testtmpfs_exit(void)
{
    shmem_set_disable_output_path();
}

module_init(testtmpfs_init);
module_exit(testtmpfs_exit);

2.3 结果展示

我们先在/dev/shm里创建文件夹和创建新的文件都可以打印出加的调试打印：

如果我们自己mount一个tmpfs的分区，然后在里面创建文件并不会打印出/dev/shm目录下才会打印的上图里的打印，而是打印下图里的not /dev/shm字样：

三、源码分析和相关细节分析

3.1 tmpfs文件系统和shmem接口的应用

shmem.c文件是服务于系统里的所有tmpfs文件系统里的操作。而tmpfs系统在系统里的情况非常普遍：

而我们感兴趣的往往是/dev/shm这样的使用shm的接口的程序应用，有关的例子如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>           // For O_* constants
#include <sys/mman.h>       // For shm_open, mmap
#include <unistd.h>         // For close
#include <sys/stat.h>       // For mode constants
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>

int main() {
    const char *name = "/my_shm"; // 共享内存的名称
    const size_t size = 1024*1024*1024;      // 共享内存的大小
    int shm_fd;                    // 共享内存文件描述符
    void *ptr;                     // 指向共享内存的指针

    // 创建共享内存对象
    shm_fd = shm_open(name, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    if (shm_fd == -1) {
        perror("shm_open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 调整共享内存的大小
    if (ftruncate(shm_fd, size) == -1) {
        perror("ftruncate");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 将共享内存映射到进程的地址空间
    ptr = mmap(0, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    if (ptr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    getchar();

    // 锁定共享内存区域中的页
    if (mlock(ptr, size) != 0) {
        perror("mlock");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    getchar();

    // 写入数据到共享内存
    sprintf((char*)ptr, "Hello, Shared Memory!");

    // 读取数据
    printf("Data from shared memory: %s\n", (char *)ptr);

    // 解锁共享内存区域
    if (munlock(ptr, size) != 0) {
        perror("munlock");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 解除映射
    if (munmap(ptr, size) == -1) {
        perror("munmap");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 关闭共享内存对象
    if (close(shm_fd) == -1) {
        perror("close");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 删除共享内存对象
    if (shm_unlink(name) == -1) {
        perror("shm_unlink");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    return 0;
}

3.2 shmem.c里的shmem_mknod函数

tmpfs系统下的创建文件夹和创建文件的操作都会走到shmem_mknod函数里来，如下图依次是创建文件夹和创建文件的函数shmem_mkdir和shmem_create，这两个函数最终都是调用的shmem_mknod函数：

所以，我们在shmem_mknod函数里加监测逻辑是能覆盖tmpfs文件系统里的创建文件夹和创建文件的行为。

3.3 shmem.c里的shmem_link和shmem_symlink

shmem.c里还有一些其他接口，如下图里的shmem_link是指硬链接，shmem_symlink是指软链接：

有关硬链接和软链接及相关的inode，dentry的实验见之前的博客 关于inode，dentry结合软链接及硬链接的实验-CSDN博客。

3.4 shmem_mknod函数里增加的“判断是不是/dev/shm下的mknod事件”的逻辑

我们在shmem_mknod里增加了判断逻辑，检查是否是/dev/shm下的mknod事件，用的依次判断是否是/dev和/shm这两级super_block的mnt_mountpoint，而获取mnt_mountpoint的这块核心逻辑在之前的博客 获取inode的完整路径包含挂载的路径_内核如何通过inode获取完整路径-CSDN博客 里进行了分析：

在shmem.c里使用了该get_dentry_by_sb_currns函数进行了几级mountpoint的dentry的记录，然后判断完整的mountpoint的dentry链是否是/dev/shm：

如果判断到是/dev/shm这个完整路径，就记录下来这个super_block指针：

这样，接下来的判断就会更加快了：

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