Linux內核模塊簡介

一. 摘要

這篇文章主要介紹了Linux內核模塊的相關概念，以及簡單的模塊開發過程。主要從模塊開發中的經常使用指令、內核模塊程序的結構、模塊使用計數以及模 塊的編譯等角度對內核模塊進行介紹。在Linux系統開發過程當中，以模塊的形式開發其重要性不言自明，而在嵌入式設備驅動開發中將驅動程序以模塊的形式發 布，更是極大地提升了設備使用的靈活性——用戶只須要拿到相關驅動模塊，再插入到用戶的內核中，便可靈活地使用你的設備。

二. 文章提綱

1. 摘要

2. 文章提綱

3. 概述

4. 模塊開發經常使用的指令

5. 內核模塊程序結構

6. 模塊使用計數

7. 模塊的編譯

8. 使用模塊繞開GPL

9. 總結

三.概述

Linux內核總體結構已經很龐大，包含了不少的組件，而對於咱們工程師而言，有兩種方法將須要的功能包含進內核當中。

         一：將全部的功能都編譯進Linux內核。

         二：將須要的功能編譯成模塊，在須要的時候動態地添加。

上述兩種方式優缺點分析：

         第一種：

                   優勢：不會有版本不兼容的問題，不須要進行嚴格的版本檢查

                   缺點：生成的內核會很大；要在現有的內核中添加新的功能，則要編譯整個內核

         第二種：

優勢：模塊自己不編譯進內核，從而控制了內核的大小；模塊一旦被加載，將和其它的部分徹底同樣。

缺點：可能會有內核與模塊版本不兼容的問題，致使內核崩潰；會形成內存的利用率比較低。

 

四.模塊開發經常使用的指令

在內核模塊開發的過程當中經常使用的有如下指令。

1）  insmod: 將模塊插入內核中，使用方法：#insmod XXX.ko

2）  rmmod: 將模塊從內核中刪除，使用方法：#rmmod XXX.ko

3）  lsmod: 列表顯示全部的內核模塊，能夠和grep指令結合使用。使用方法：#lsmod | grep XXX

4）  modprobe: modprobe可載入指定的個別模塊，或是載入一組相依賴的模塊。modprobe會根據depmod所產生的依賴關係，決定要載入哪些模塊。若在載入 過程當中發生錯誤，在modprobe會卸載整組的模塊。依賴關係是經過讀取 /lib/modules/2.6.xx/modules.dep獲得的。而該文件是經過depmod 所創建。

5）  modinfo: 查看模塊信息。使用方法：#modinfo XXX.ko

6）  tree –a: 查看當前目錄的整個樹結構。使用方法：#tree -a

 

五.內核模塊程序結構

1）  模塊加載函數（通常須要）

在用insmod或modprobe命令加載模塊時，該函數被執行。完成模塊的初始化工做。

Linux內核的模塊加載函數通常用__init標識聲明，模塊加載函數必須以module_init(函數名)的形式被指定。該函數返回整型值， 若是執行成功，則返回0，初始化失敗時則返回錯誤編碼，Linux內核當中的錯誤編碼是負值，在<linux/errno.h>中定義。

在Linux中，標識__init的函數在鏈接時放在.init.text這個區段，並且在.initcall.init中保留一份函數指針，初始化的時候內核會根據這些指針調用初始化函數，初始化結束後釋放這些init區段（包括前二者）。

代碼清單：

 1 static int __init XXX_init(void) 2  3 { 4  5          return 0; 6 } 7  8   9 10 moudle_init(XXX_init);

 

2）  模塊卸載函數（通常須要）

在用rmmod或modprobe命令卸載模塊時，該函數被執行。完成與加載相反的工做。

模塊的卸載函數和模塊加載函數實現相反的功能，主要包括

1. 若模塊加載函數註冊了XXX，則模塊卸載函數註銷XXX

2. 若模塊加載函數動態分配了內存，則模塊卸載函數釋放這些內存

3. 若模塊加載函數申請了硬件資源，則模塊卸載函數釋放這些硬件資源

4. 若模塊加載函數開啓了硬件資源，則模塊卸載函數必定要關閉這些資源

代碼清單：

1 static void __exit XXX_exit(void)2 3 {4 5 }6 7  8 9 moudle_exit(XXX_exit);

 

3）  模塊許可證聲明（必須）

若是不聲明，則在模塊加載時會收到內核被污染的警告，通常應遵循GPL協議。

代碼清單：

1 MODULE_LICENSE("GPL");

 

4）  模塊參數（可選）

模塊在被加載時傳遞給模塊的值，自己應該是模塊內部的全局變量。

示例程序book.c

 1 #include <linux/init.h> 2  3 #include <linux/module.h> 4  5   6  7 static char *bookName = "Good Book."; 8  9 static int bookNumber = 100;10 11  12 13 static int __init book_init(void)14 15 {16 17          printk(KERN_INFO "Book name is %s\n", bookName);18 19          printk(KERN_INFO "Book number is %d\n", bookNumber);20 21          return 0;22 23 }24 25  26 27 static void __exit book_exit(void)28 29 {30 31          printk(KERN_INFO "Book module exit.\n");32 33 }34 35  36 37 module_init(book_init);38 39 module_exit(book_exit);40 41 module_param(bookName, charp, S_IRUGO);42 43 module_param(bookNumber, int, S_IRUGO);44 45  46 47 MODULE_LICENSE("GPL");

 

在向內核插入模塊的時候能夠用如下方式，而且能夠在內核日誌中看到模塊加載之後變量已經有了值。

 

 

5）  模塊導出符號（可選）

使用模塊導出符號，方便其它模塊依賴於該模塊，並使用模塊中的變量和函數等。

在Linux2.6的內核中，/proc/kallsyms文件對應着符號表，它記錄了符號和符號對應的內存地址。對於模塊而言，使用下面的宏能夠導出符號。

1 EXPORT_SYMBOL(符號名);

或

1 EXPORT_GPL_SYMBOL(符號名);

 

6）  模塊信息（可選）

模塊信息則是指模塊的做者信息等。

 

六.模塊使用計數

Linux內核提供了MOD_INC_USE_COUNT和MOD_DEC_USE_COUNT宏來管理模塊使用計數。可是對於內核模塊而言，通常不會本身管理使用計數。

 

七.模塊的編譯

將下面的Makefile文件放在book.c同級的目錄下，而後使用#make命令或者#make all命令編譯便可生成book.ko模塊文件。

對應的Makefile：

 1 ifneq ($(KERNELRELEASE),) 2  3 mymodule_objs := book.o 4  5 obj-m := book.o 6  7 else 8  9 PWD := $(shell pwd)10 11 KVER ?= $(shell uname -r)12 13 KDIR := /usr/src/linux-headers-2.6.38-8-generic14 15  16 17 all:18 19          $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)20 21 clean:22 23          rm -rf *.mod.c *.mod.o *.ko *.o *.tmp_versions *.order *symvers24 25 endif

 

八.使用模塊繞開

若是功能不編譯成模塊，則沒法繞開GPL，編譯成模塊後公司發佈產品則只須要發佈模塊，而不須要發佈源碼。爲了Linux系統可以支持模塊，須要作如下的工做：

1. 內核編譯時選擇「能夠加載模塊」，嵌入式產品通常都不須要卸載模塊，則能夠不選擇「可卸載模塊」

2. 將咱們的ko文件放在文件系統中

3. Linux系統實現了insmod、rmmod等工具

4. 使用時能夠用insmod手動加載模塊，也能夠修改/etc/init.d/rcS文件，從而在系統啓動的時候就加載模塊。

 

九.總結

本文主要介紹內核模塊的概念和基本編程方法，內核模塊主要由加載、卸載函數功能函數等一系列聲明組成。它能夠被傳入參數，也能夠導出符號，供其它的模塊使用。