Arquitectura del Módulo

Dispositivo de Caracteres como Capa de Inspección y Telemetría

1. Justificación del Diseño

En el kernel de Linux, los dispositivos PCI conectados al sistema ya disponen de controladores nativos que gestionan la funcionalidad operativa del hardware (gestión de bus, interrupciones y operaciones de red o bloque). Reimplementar esta lógica no solo sería ineficiente, sino que rompería la abstracción del sistema.

En lugar de duplicar o reemplazar la abstracción lógica existente, este proyecto propone la creación de un dispositivo de caracteres propio (cdev) que actúa como un canal de inspección y monitorización. El controlador nativo mantiene el control total del dispositivo, mientras que nuestro módulo actúa como una capa superpuesta (“llantas y neumáticos sobre la rueda existente”) que recopila y expone métricas y registros seleccionados hacia el espacio de usuario a través de un nodo /dev.

2. Automatización de la Interfaz en Espacio de Usuario

Para evitar la creación manual del nodo de dispositivo mediante mknod, la definición e instanciación del dispositivo se gestiona directamente en C dentro del ciclo de vida del módulo:

1. Asignación Dinámica: Obtención de los identificadores Major y Minor mediante alloc_chrdev_region().

2. Vinculación de Operaciones: Registro del dispositivo de caracteres (cdev_init y cdev_add) asociándolo a una estructura file_operations que gestiona las llamadas de lectura/escritura (read, open, release).

3. Notificación al Sistema (sysfs / udev): Creación de la clase mediante class_create() e instanciación del dispositivo con device_create(). Esto dispara un evento uevent en el kernel que el demonio udev procesa para generar automáticamente el archivo correspondiente en /dev/ con los permisos adecuados.

3. Estrategias de Extracción e Inspección de Datos

Para nutrir el dispositivo de caracteres con información del hardware PCI sin interferir con el controlador activo, se contemplan tres aproximaciones técnicas:

A. Inspección a través de pci_dev y sysfs

Localización de la estructura struct pci_dev del dispositivo objetivo (mediante APIs del subsistema PCI como pci_get_device()) para consultar sus espacios de configuración, estados de energía y registros expuestos.

B. Mapeo de Memoria de Entrada/Salida (MMIO)

Acceso directo a las regiones BAR (Base Address Registers) del dispositivo PCI mediante ioremap(). Esto permite consultar contadores internos o registros de estado mapeados en memoria en tiempo real de forma no intrusiva.

C. Intercepción mediante Kprobes / Tracepoints

Captura dinámica de eventos en tiempo de ejecución enganchando puntos de prueba (kprobes) a las funciones del controlador nativo. Al ejecutarse las rutinas del driver original (por ejemplo, gestión de interrupciones o buffers de procesamiento), los datos se copian a un ring buffer interno administrado por nuestro módulo y se sirven a través del nodo /dev cuando una aplicación de espacio de usuario realiza una lectura (read).