讓ChatGPT寫一個(gè)內(nèi)核模塊

筆者最近看到這樣一篇文章? ，原作者讓 ChatGPT 寫一個(gè)內(nèi)核模塊，要求實(shí)現(xiàn)的功能是：每 5 秒向控制臺打印一句 "Hello world"，并且把編譯需要的 Makefile 也一起寫出來。

AI 最開始的實(shí)現(xiàn)方法是：創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)核線程，線程主體是一個(gè) while 循環(huán)，每隔 1 毫秒檢查一次，看時(shí)間是不是過去了 5 秒：

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while (!kthread_should_stop())
{
    unsigned long time_since_load = jiffies - jiffies_at_load;
    unsigned long time_since_load_sec = time_since_load / HZ;
    if (time_since_load_sec >= 5)
    {
        printk(KERN_INFO "Hello world!
");
        jiffies_at_load = jiffies;
    }
    // Sleep for 1 ms to avoid hogging the CPU
    msleep(1);
}

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此處用 msleep(1) 是沒有大毛病的，它確實(shí)可以通過睡眠暫時(shí)讓出 CPU，避免 hogging，不像?busy loop?的 mdelay()。

但它這里實(shí)現(xiàn)的比較曲折，1 毫秒檢查一次，5 秒內(nèi)就要檢查 5000 次，雖然沒有「霸占」CPU，但是對 CPU 資源也是不小的浪費(fèi)。

于是原作者讓它改了一個(gè)更減少 CPU 消耗的版本出來：

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while (!kthread_should_stop())
{
    printk(KERN_INFO "Hello world!
");
    // Sleep for 5 seconds to avoid hogging the CPU
    schedule_timeout(HZ * 5);
}

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看起來是解決了原來存在的問題，但編譯出來一試，好家伙，"Hello world" 是突突地往控制臺上打啊，根本不是間隔5 秒一次。

把這個(gè)問題反饋給 AI 后，它立馬做出了調(diào)整，加入了一句對 process 狀態(tài)的設(shè)置后，就可以 work 了。

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set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
schedule_timeout(HZ * 5);

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查閱 Linux 源碼可知，schedule_timeout() 最終會調(diào)用 __schedule() 函數(shù)，其對 process 切換的判斷是這樣的：

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if (!preempt && prev->state)
  deactivate_task(rq, prev, ...);

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再由于：

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#define TASK_RUNNING 0x0000

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所以如果之前的狀態(tài)是 RUNNING，process 并不會真的離開 CPU 的 runqueue，豈不就是一直執(zhí)行，一直框框地打印么。

在 https://livegrep.com/search/linux 上查了下 schedule_timeout() 在內(nèi)核中的具體使用情況，好些對 set_current_state() 為 INTERRUPTIBLE 的設(shè)置沒有和 schedule_timeout() 挨在一起，所以 AI“理解”不了這兩者的關(guān)聯(lián)，筆者覺得是可以接受的。

不過其實(shí) Linux 是提供了一個(gè)“二合一”的封裝函數(shù)的：

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sched schedule_timeout_uninterruptible(signed long timeout)
{
  set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
  return schedule_timeout(timeout);
}

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而它還有個(gè)更上層的封裝 "msleep"（希望可被信號打斷就用 "msleep_interruptible"）：

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void msleep(unsigned int msecs)
{
  unsigned long timeout = msecs_to_jiffies(msecs) + 1;
  while (timeout)
    timeout = schedule_timeout_uninterruptible(timeout);
}

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咳，繞了這么大一圈，其實(shí)一開始直接用 msleep(5000) 最方便啦。

后來原作者又提了在「內(nèi)核模塊」開發(fā)中頗為常見的兩點(diǎn)功能：

一是將 5 秒的間隔配置成 module parameter（以供動(dòng)態(tài)調(diào)整），這個(gè)任務(wù)被順利完成了。

二是在 "/proc" 文件系統(tǒng)中加入打印次數(shù)的統(tǒng)計(jì)功能（以便查詢），這里出了點(diǎn)小岔子，AI 用的 "file_operations"，而不是 "proc_ops"，這在高于 5.7 的內(nèi)核版本上是編譯不過的（參看筆者親身經(jīng)歷的這個(gè)案例）。

這也不能怪 AI，你沒說內(nèi)核版本不是。

小結(jié)

最后原作者寫了下他的感受，大意就是 "half amazing and half terrifying"，雖然 AI 中途犯了不少錯(cuò)，但總比自己現(xiàn)查資料來的快不是…

除此之外，筆者也有兩點(diǎn)感受，一是 ChatGPT 即使有時(shí)會出錯(cuò)，但回答地總是非常自信（還好不是那么普通，卻那么自信……），二是那個(gè)注釋一條條地寫的真是規(guī)范啊，連每個(gè)頭文件為什么加，都有理有據(jù)，這一點(diǎn)就強(qiáng)過很多人。

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#include   // Needed for all kernel modules
#include   // Needed for KERN_INFO
#include     // Needed for the macros
#include  // Needed for jiffies
#include    // Needed for msleep

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筆者自己也用這個(gè)題目，在 ChatGPT 上試了一把，得出了不太一樣的結(jié)果，欲知后續(xù)，請看下文分解。

補(bǔ)充（為了避免影響主線劇情）：

那 schedule_timeout() 返回的時(shí)候，也需要手動(dòng)再將狀態(tài)設(shè)置回 TASK_RUNNING 么？不需要，因?yàn)?timer 的 callback 在喚醒 process 后會將其狀態(tài)（自動(dòng)）設(shè)為 RUNNING（參考 Linux 中的等待隊(duì)列機(jī)制 ）：

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void process_timeout(struct timer_list *t)
{
  struct process_timer *timeout = from_timer(timeout, t, timer);
  wake_up_process(timeout->task);
}

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