Linux内核模块编译与加载

Linux内核的整体结构非常庞大，其包含的组件也非常多，如何使用所需要的组件？

方法一：

把所有的组件都编译进内核文件，即Zlmage或bzlmage，但会导致两个问题：一是生成的内核文件过大；二是如果要添加或删除某个组件，需要重新编译整个内核。

有没有一种机制能让内核文件（zlmage或bzlmage）本身不包含某个组件，而是在该组件需要被使用的时候，动态地添加到正在运行的内核中呢？

有，Linux“内核模块”机制。

方法二：

linux内核模块机制。

内核模块特点：

模块本身并不被编译进内核文件（zlmage或bzlmage），仅以.o或其它形式存在。

可以根据需求，在内核运行期间动态地安装或卸载。

下面写一个内核模块的例子：

1. 编写hello.c文件

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
static int hello_init(void){
printk(KERN_WARNING"hello world\n");
return 0;
}
static void hello_exit(void){
printk(KERN_INFO"Goodbye,wold\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

与应用程序相比，内核模块没有main函数，输出使用printk，而不是printf。

程序结构：

1）模块加载函数（必需）

安装模块时被系统自动调用的函数，通过module_init宏来指定。

2）模块卸载函数（必需）

卸载模块时被系统自动调用，通过module_exit宏来指定。

2. 编写Makefile文件

模块的编译，通常使用makefile。

1）如果内核模块仅由一个源文件构成，该如何编写Makefile?

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m:=hello.o
else
KDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
all:
make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm -f *ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers
endif

说明：KDIR模块依赖的内核源代码路径

KDIR:=/lib/modules/2.6.18-53.e15/build

-C进入后面的路径中，使用该路径中的Makefile编译。

生成的内核模块为.ko文件。

2)由多个源文件组成，main.c add.c

main.c调用了add.c中的函数，main.c和add.c构成内核模块hello.

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
ojb-m:=hello.o
hello-objs:=main.o add.o
else
后面不变

3. 安装与卸载模块

加载：insmod hello.ko（加载后使用lsmod | grep hello查看）

卸载：rmmod hello

查看：lsmod

加载：modprobe hello

modprobe如同insmod，也是加载一个模块到内核，不同之处在于它会根据文件/lib/modules/

模块可选信息：

1）许可证申明

宏MODULE_LICENSE告诉内核，该模块带有一个许可证，否则加载内核时内核会报错。有效的许可证有”GPL”,”GPL v2”,”GPL and additional rights”,”Dual BSD/GPL” ,”Dual MPL/GPL” “proprietary”

hello.c:

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("David");

2）作者申明 MODULE_AUTHOR(“…..”);

3）模块描述 MODULE_DESCRIPTION(“….”);

4）模块版本 MODULE_VERSION(“V1.0”);

5）模块别名 MODULE_ALIAS(“a simple module”);

6）模块参数 通过宏module_param指定模块参数，用于在加载模块时传递参数给模块。

module_param(name, type, perm)

name:参数名称

type: bool、int、charp(字符串)

perm:访问权限，常见值：

S_IRUGO:任何用户都对/sys/module中出现的该参数具有读写权限。

S_IWUSR:允许root用户修改/sys/module中出现的参数。

例子：声明成模块参数。

int a=3;
char * st;
module_param(a, int, S_IRUGO);
module_param(st, charp, S_IRUGO);

param.c:

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
static char * name="David";
static int age=30;
module_param(age, int, S_IRUGO);
module_param(name, charp, S_IRUGO);

static int hello_init(void){
printk(KERN_EMERG"Name:%s\n", name);
printk(KERN_EMERGE"Age:%d\n", age);
return 0;
}
static void hello_exit(void){
printk(KERN_INFO"Goodbye,wold\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

编译出param.ko模块，

不传值加载： insmod param.ko

输出 Name:David Age: 12

传值加载： insmod param.ko age=12

输出 Age:12

内核符号导出：

/proc/kallsyms记录了内核中所有导出的符号的名字与地址。

为什么要导出内核符号？

一个内核模块实现了一些函数，为了让其他模块使用，必须将符号导出（函数、变量）

使用EXPORT_SYMBOL导出：

比如在.c文件中定义了两个函数：

EXPORT_SYMBOL(add_integar);
EXPORT_SYMBOL(sub_integer);

常见问题：版本不匹配

内核模块的版本由其依赖的内核代码版本所决定，在加载内核模块事，insmod会将内核模块版本与当前正在运行的内核版本比较，不一致会报错。

解决方法：

1. 使用modprob –force -modversion强行插入

2. 确保编译内核模块时，所依赖内核代码版本与正在运行的内核版本相同。（可通过uname -r查看当前内核版本）

内核程序 VS 应用程序

应用程序是从头（main）到尾执行，执行结束后从内存中消失。

内核模块先在内核中注册自己以便服务于将来的某个请求，然后它的初始化函数结束，此时模块仍然存在于内核中，直到卸载函数被调用。

printk函数有优先级