Device Mapper Proxy Target (dmp)

Описание

Этот проект реализует загружаемый модуль ядра Linux, который функционирует как Device Mapper таргет. Модуль создает виртуальное блочное устройство поверх существующего нижележащего устройства и перехватывает все операции ввода-вывода (чтение и запись) к этому виртуальному устройству.

Основная функциональность модуля:

1. Перенаправление I/O запросов на нижележащее устройство.
2. Сбор статистики по выполненным операциям (количество запросов и суммарный размер данных).
3. Предоставление агрегированной статистики через интерфейс sysfs.

Проект разработан в рамках тестового задания.

Файлы проекта

• dmp.c: Исходный код модуля ядра на языке C.
• Makefile: Файл для сборки модуля ядра.
• README.md: Этот файл с пользовательским руководством.

Требования

Для сборки, установки и тестирования модуля на системе Ubuntu необходимы следующие компоненты:

• Установленный компилятор GCC и стандартные утилиты сборки (build-essential).
• Заголовочные файлы ядра, соответствующие текущей версии установленного ядра (linux-headers-$(uname -r)).
• Утилиты Device Mapper (lvm2, включающий dmsetup).
• Git для работы с репозиторием.

Эти компоненты можно установить с помощью команды:

sudo apt update
sudo apt install build-essential linux-headers-$(uname -r) lvm2 git

Сборка модуля

1. Клонируйте репозиторий или скачайте исходные файлы.

2. Перейдите в каталог с исходными файлами в терминале.

3. Выполните команду make:

   make

   Это соберет модуль ядра dmp.ko. В процессе сборки может быть выведено много информации, но в конце убедитесь, что нет сообщений об ошибках.

Установка модуля

После успешной сборки модуль готов к загрузке в ядро. Важно: Для выполнения этих команд требуются права суперпользователя (sudo).

1. Убедитесь, что вы находитесь в каталоге с файлом dmp.ko.

2. Загрузите модуль:

   sudo insmod dmp.ko

3. Проверьте, что модуль успешно загружен:

   lsmod | grep dmp

   Если модуль загружен, вы увидите строку с именем dmp в выводе.

4. Проверьте лог ядра (dmesg), чтобы увидеть сообщения об инициализации модуля:

   dmesg | tail

   Ищите сообщения, начинающиеся с dm-dmp:.

Тестирование модуля

Тестирование выполняется с использованием утилиты dmsetup для создания device mapper устройств и dd для выполнения операций ввода-вывода, как описано в задании.

1. Создайте тестовое нижележащее блочное устройство (zero1): Мы используем стандартный таргет zero для создания простого виртуального устройства размером 1MB (2048 секторов по 512 байт).

   sudo dmsetup create zero1 --table "0 2048 zero"

2. Устройство zero1 должно успешно создаться: Проверьте его наличие в /dev/mapper/:

   ls -l /dev/mapper/zero1

3. Создайте наше proxy устройство (dmp1) поверх zero1: Используйте наш таргет dmp. Размер и смещение должны соответствовать нижележащему устройству.

   sudo dmsetup create dmp1 --table "0 2048 dmp /dev/mapper/zero1 0"

   Здесь: 0 2048 - сегмент с начального сектора 0 и размером 2048 секторов; dmp - имя нашего таргета; /dev/mapper/zero1 - нижележащее устройство; 0 - смещение на нижележащем устройстве.
4. Устройство dmp1 должно успешно создаться: Проверьте его наличие в /dev/mapper/:

   ls -l /dev/mapper/dmp1

5. Проверьте sysfs интерфейс статистики: Каталог статистики должен появиться в /sys/module/dmp/stat/.

   ls -l /sys/module/dmp/stat/volumes

   Прочитайте содержимое файла статистики. Изначально статистика должна быть нулевой.

   cat /sys/module/dmp/stat/volumes

   Ожидаемый вывод (с нулевыми значениями):

   read:
     reqs: 0
     avg size: 0
   write:
     reqs: 0
     avg size: 0
   total:
     reqs: 0
     avg size: 0
   

6. Выполните операции на запись и чтение на dmp1: Используйте dd для генерации I/O запросов. Эти операции будут проходить через наш модуль dmp.

   # Запись: 10 запросов по 4KB
   sudo dd if=/dev/zero of=/dev/mapper/dmp1 bs=4k count=10 status=progress conv=fsync
   
   # Чтение: 5 запросов по 8KB
   sudo dd if=/dev/mapper/dmp1 of=/dev/null bs=8k count=5 status=progress

   Во время выполнения dd вы можете наблюдать соответствующие сообщения в логе ядра (dmesg).
7. Проверьте обновленную статистику: Снова прочитайте sysfs файл /sys/module/dmp/stat/volumes:

   cat /sys/module/dmp/stat/volumes

   Статистика должна отражать выполненные операции dd. Например:

   read:
     reqs: 5
     avg size: 8192
   write:
     reqs: 10
     avg size: 4096
   total:
     reqs: 15
     avg size: 5461
   

   (Значения "avg size" могут немного отличаться в зависимости от точности вычислений и особенностей I/O в вашей системе).

Очистка

После завершения тестирования необходимо удалить созданные device mapper устройства и выгрузить модуль.

1. Удалите устройство dmp1:

   sudo dmsetup remove dmp1

2. Удалите устройство zero1:

   sudo dmsetup remove zero1

   Важно: Всегда удаляйте устройства, зависящие от других (например, dmp1), до удаления нижележащих устройств (zero1).
3. Выгрузите модуль ядра:

   sudo rmmod dmp

   Проверьте, что модуль выгружен: lsmod | grep dmp.
4. Проверьте, что sysfs записи модуля удалены:

   ls -l /sys/module/dmp

   Должна быть ошибка "No such file or directory", так как каталог модуля удаляется при выгрузке.

Лицензия

Данный проект распространяется под лицензией MIT.

Автор

Козырев Михаил