Kernel Module實戰指南(一)：Hello World!

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Introduction

對於習慣了平時在Linux上進行C應用程序開發的你，是否想窺探一下底層的世界？
對於對Linux Kernel源碼無從下手的你，是否但願有一個簡易的方法？
是的，這裏有一個地方，可讓你輕鬆的編寫和調試Linux Kernel Code。
這個就是我將要介紹的Linux Kernel Module，即Linux內核模塊。

Linux Kernel Module到底是什麼？

Linux Kernel Module是一段能夠在運行時被加載到Linux Kernel中的代碼，能夠使用Kernel Functions。Linux Kernel Module的用途很廣，最多見的例子就是Device Driver，也就是設備驅動程序。
若是沒有Linux Kernel Module，每一行修改Kernel代碼，每個新增的Kernel功能特性，都須要從新編譯Kernel，大大浪費了時間和效率。

如何查看已經加載的Linux Kernel Module

在bash下輸入：

$ lsmod
Module      Size    Used by
nls_utf8   16384    1
isofs      30960    1
...

或者直接在bash下查看：

$ cat /proc/modules

Hello World!

閒話少說，開始編寫咱們的第一個Kernel Module，直接上代碼，hello-world.c：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

int init_module(void) {
  printk(KERN_INFO "Hello World!\n");
  return 0;
}
void cleanup_module(void) {
  printk(KERN_INFO "Bye World!\n");
}

內核中打印函數和應用打印函數略微不一樣，printf()是glibc的函數，內核中使用printk()。實際上printk()的設計並非爲了打印，而是爲了記錄，根據配置不一樣，內容可能由syslogd或者klogd打印到/var/log/messages中，或者打印到你的console中。
編譯的話，和應用層代碼使用的gcc或者g++不一樣，Kernel Module使用Makefile，或者kbuild。下面是Makefile文件：

obj-m += hello-world.o
all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

在命令行輸入：

$ Make

若是成功，你將在當前目錄看到hello-world.ko，以及其餘的臨時文件。
經過modinfo來查看module信息，在命令行輸入：

$ modinfo hello-world.ko
filename: hello-world.ko
...

如今沒有什麼信息，彆着急，後面會介紹如何將信息（author, license等）寫到Kernel Module中。
運行咱們的Kernel Module，在命令行輸入：

$ insmod hello-world.ko

若是提示權限不夠，輸入：

$ sudo insmod hello-world.ko

執行完畢後，可能在console上不會顯示任何結果。還記得前面提到的嗎？咱們須要查看/var/log/messages，最簡單的方法是在命令行輸入：

$ dmesg
...
[26484.975093] Hello World!

好了，咱們卸載模塊，一樣在命令行輸入：

$ rmmod hello-world.ko

若是提示權限不夠，輸入：

$ sudo rmmod hello-world.ko

執行完畢後，可能在console上不會顯示任何結果。一樣查看/var/log/messages：

$ dmesg
...
[26484.975093] Hello World!
[26739.017345] Bye World!

一個像樣的Kernel Module

咱們先簡單包裝一下Hello World的Code，讓他看上去稍微豐富一點：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>

static int __init init_my_module(void) {
  printk(KERN_INFO "Hello, my module!\n");
  return 0;
}

static void __exit exit_my_module(void) {
  printk(KERN_INFO "Bye, my module!\n");
}

module_init(init_my_module);
module_exit(exit_my_module);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("csprojectedu");

這裏咱們使用了linux/init.h中提供的宏__init和__exit，解放咱們的函數名，再也不沿用蹩腳的init_module()和cleanup_module()了。
Makefile仍是沿用以前的：

obj-m += my_module.o
all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

在命令行輸入：

$ Make

經過modinfo來查看module信息，在命令行輸入：

$ modinfo my_module.ko
filename: my_module.ko
author: csprojectedu
license: GPL
...

是否是多了author和license？insmod的時候也再也不報缺乏license的警告了吧。

Summary

經過最簡單的hello-world.c和Makefile（真的沒有比這個更簡單的代碼了），介紹瞭如何編寫咱們的第一個Kernel Module。動手作一作吧，你已經邁向了內核世界的第一步。