Linux内核模块编程

摘要: Linux内核模块编程

Linux内核模块编程

一、Linux内核模块简介

　　Linux内核整体结构非常庞大，其包含的组件也非常多。我们怎么把需要的部分都包含在内核中呢？

　　一种办法是把所有的需要的功能都编译到内核中。这会导致两个问题，一是生成的内核会很大，二是如果我们要在现有的内核中新增或删除功能，不得不重新编译内核，工作效率会非常的低，同时如果编译的模块不是很完善，很有可能会造成内核崩溃。

　　Linux提供了另一种机制来解决这个问题，这种集中被称为模块，可以实现编译出的内核本身并不含有所有功能，而在这些功能需要被使用的时候，其对应的代码可以被动态的加载到内核中。

二、模块特点：

　　1）模块本身并不被编译入内核，从而控制了内核的大小。

　　2）模块一旦被加载，他就和内核中的其他部分完全一样。

　　注意：模块并不是驱动的必要形式：即：驱动不一定必须是模块，有些驱动是直接编译进内核的；同时模块也不全是驱动，例如我们写的一些很小的算法可以作为模块编译进内核，但它并不是驱动。就像烧饼不一定是圆的，圆的也不都是烧饼一样。

三、最简单的模块分析

1）以下是一个最简单的模块例子

#include <linuxinit.h>         /* printk() */
#include <linuxmodule.h>       /* __init __exit */

static int __init hello_init(void) { /*模块加载函数，通过insmod命令加载模块时，被自动执行*/
printk(KERN_INFO " Hello World enter\n");
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void) { /*模块卸载函数，当通过rmmod命令卸载时，会被自动执行*/
printk(KERN_INFO " Hello World exit\n ");
}

module_init (hello_init);
module_exit (hello_exit);

MODULE_AUTHOR("dengwei"); /*模块作者，可选*/
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); /*模块许可证明，描述内核模块的许可权限，必须*/

MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World Module"); /*模块说明，可选*/
MODULE_ALIAS("a simplest module"); /*模块说明，可选*/

2) 以下是编译上述模块所需的编写的makefile

obj-m :=hello.o                     //目标文件
#module-objs := file1.o file.o      //当模块有多个文件组成时，添加本句
KDIR :=usrsrclinux               //内核路径，根据实际情况换成自己的内核路径，嵌入式的换成嵌入式，PC机的指定PC机路径
PWD := $(shell pwd)                 //模块源文件路径
all:
$(MAKE)  -C  $(KDIR)  SUBDIRS=$(PWD)  modules
@rm -rf *.mod.*
@rm -rf .*.cmd
@rm -rf *.o
@rm -rf Module.*
clean:
rm -rf *.ko

最终会编译得到：hello.ko文件

使用insmodhello.ko将模块插入内核，然后使用dmesg即可看到输出提示信息。

常用的几种模块操作命令：

insmod XXX.ko 加载指定模块

lsmod 列举当前系统中的所有模块

rmmod XXX 卸载指定模块（注意没有.ko后缀）

dmesg 当打印等级低于默认输出等级时，采用此命令查看系统日志

3）linux内核模块的程序结构

模块加载函数：

Linux内核模块一般以__init标示声明，典型的模块加载函数的形式如下:

static int __init myModule_init(void) {
/* Module init code */
PRINTK("myModule_init\n");
return 0;
}
module_init (myModule_init);

模块加载函数的名字可以随便取，但必须以“module_init(函数名)”的形式被指定；

执行insmod命令时被执行，用于初始化模块所必需资源，比如内存空间、硬件设备等；

它返回整形值，若初始化成功，应返回0，初始化失败返回负数。

模块卸载函数

典型的模块卸载函数形式如下：

static void __exit myModule_exit(void) {
/* Module exit code */
PRINTK("myModule_exit\n");
return;
}
module_exit (myModule_exit);

模块卸载函数在模块卸载的时候执行，不返回任何值，需用”module_exit(函数名)”的形式被指定。

卸载模块完成与加载函数相反的功能：

　　若加载函数注册了XXX，则卸载函数应当注销XXX

　　若加载函数申请了内存空间，则卸载函数应当释放相应的内存空间

　　若加载函数申请了某些硬件资源（中断、DMA、I/0端口、I/O内存等），则卸载函数应当释放相应的硬件资源

　　若加载函数开启了硬件，则卸载函数应当关闭硬件。

其中__init 、__exit 为系统提供的两种宏，表示其所修饰的函数在调用完成后会自动回收内存，即内核认为这种函数只会被执行1次，然后他所占用的资源就会被释放。

模块声明与描述

　　在linux内核模块中，我们可以用MODULE_AUTHOR、MODULE_DESCRIPTION、MODULE_VERSION、MODULE_TABLE、MODULE_ALIA，分别描述模块的作者、描述、版本、设备表号、别名等。

MODULE_AUTHOR("dengwei");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World Module");
MODULE_ALIAS("a simplest module");

四、有关模块的其它特性

1）模块参数：

我们可以利用module_param(参数名、参数类型、参数读写属性) 为模块定义一个参数，例如：

static char *string_test = “this is a test”;
static num_test = 1000;
module_param (num_test,int,S_IRUGO);
module_param (steing_test,charp,S_ITUGO);

　　在装载模块时，用户可以给模块传递参数，形式为：”insmod 模块名 参数名=参数值”，如果不传递，则参数使用默认的参数值

　　参数的类型可以是：byte,short,ushort,int,uint,long,ulong,charp,bool；

　　权限：定义在linux/stat.h中，控制存取权限，S_IRUGO表示所有用户只读；

　　模块被加载后，在sys/module/下会出现以此模块命名的目录，当读写权限为零时：表示此参数不存在sysfs文件系统下的文件节点，当读写权限不为零时：此模块的目录下会存在parameters目录，包含一系列以参数名命名的文件节点，这些文件节点的权限值就是传入module_param()的“参数读/写权限“，而该文件的内容为参数的值。

　　除此之外，模块也可以拥有参数数组，形式为：”module_param_array(数组名、数组类型、数组长、参数读写权限等)”，当不需要保存实际的输入的数组元素的个数时，可以设置“数组长“为0。

　　运行insmod时，使用逗号分隔输入的数组元素。

下面是一个实际的例子，来说明模块传参的过程。

#include <linuxmodule.h>    /*module_init()*/
#include <linuxkernel.h> /* printk() */
#include <linuxinit.h>       /* __init __exit */

#define DEBUG   //open debug message

#ifdef DEBUG
#define PRINTK(fmt, arg...)     printk(KERN_WARNING fmt, ##arg)
#else
#define PRINTK(fmt, arg...)     printk(KERN_DEBUG fmt, ##arg)
#endif

static char *string_test = "default paramater";
static int num_test = 1000;

static int __init hello_init(void) {
PRINTK("\nthe string_test is : %s\n", string_test);
PRINTK("the num_test is : %d\n", num_test);
return 0;
}

static void __exit hello_exit(void) {
PRINTK(" input paramater module exit\n ");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

module_param(num_test, int, S_IRUGO);
module_param(string_test, charp, S_IRUGO);

MODULE_AUTHOR("dengwei");
MODULE_LICENSE("GPL");

当执行 insmod hello_param.ko时，执行dmesg 查看内核输出信息：

Hello World enter
the test string is： this is a test
the test num is ：1000

当执行insmod hello_param.ko num_test=2000 string_test=“edit by dengwei”，执行dmesg查看内核输出信息：

Hello World enter
the test string is： edit by dengwei
the test num is ：2000

2）导出模块及符号的相互引用

Linux2.6内核的“/proc/kallsyms“文件对应内核符号表，它记录了符号以及符号所在的内存地址，模块可以使用下列宏导到内核符号表中。

EXPORT_SYMBOL(符号名)； 任意模块均可

EXPORT_SYMBOL_GPL(符号名)； 只使用于包含GPL许可权的模块

导出的符号可以被其它模块使用，使用前声明一下即可。

下面给出一个简单的例子：将add sub符号导出到内核符号表中，这样其它的模块就可以利用其中的函数

#include <linuxmodule.h>    /*module_init()*/
#include <linuxkernel.h> /* printk() */
#include <linuxinit.h>       /* __init __exit */

int add_test(int a, int b) {
return a + b;
}

int sub_test(int a, int b) {
return a - b;
}

EXPORT_SYMBOL (add_test);
EXPORT_SYMBOL (sub_test);

MODULE_AUTHOR("dengwei");
MODULE_LICENSE("GPL");

执行 cat/proc/kallsyms | grep test 即可找到以下信息，表示模块确实被加载到内核表中。

f88c9008 r __ksymtab_sub_integar [export_symb]

f88c9020 r __kstrtab_sub_integar [export_symb]

f88c9018 r __kcrctab_sub_integar [export_symb]

f88c9010 r __ksymtab_add_integar [export_symb]

f88c902c r __kstrtab_add_integar [export_symb]

f88c901c r __kcrctab_add_integar [export_symb]

f88c9000 T add_tes [export_symb]

f88c9004 T sub_tes [export_symb]

13db98c9 a __crc_sub_integar [export_symb]

e1626dee a __crc_add_integar [export_symb]

在其它模块中可以引用此符号

#include <linuxmodule.h>    /*module_init()*/
#include <linuxkernel.h> /* printk() */
#include <linuxinit.h>       /* __init __exit */

#define DEBUG   //open debug message

#ifdef DEBUG
#define PRINTK(fmt, arg...)     printk(KERN_WARNING fmt, ##arg)
#else
#define PRINTK(fmt, arg...)     printk(KERN_DEBUG fmt, ##arg)
#endif

extern int add_test(int a, int b);
extern int sub_test(int a, int b);

static int __init hello_init(void) {
int a, b;

a = add_test(10, 20);
b = sub_test(30, 20);
PRINTK("the add test result is %d", a);PRINTK("the sub test result is %d\n", b);
return 0;
}

static void __exit hello_exit(void) {
PRINTK(" Hello World exit\n ");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_AUTHOR("dengwei");
MODULE_LICENSE("GPL");