Linux内核模块

Posted 2020-08-21 Green

1、什么是内核模块？

内核模块是Linux提供的一种机制，允许在内核运行时动态加载进内核中，具有两个特点：

         1）内核模块本身不编译入内核映像，有效控制缩减内核镜像大小

         2）内核模块一旦被加载，他就和内核中的其他部分完全一样

2、为什么需要内核模块？

如果在内核编译时把所有的功能都编译进去，就会导致内核很大，而且要往内核中添加或删除功能时必须重新编译内核

比如在Ubuntu在通用PC平台上，预先无法知道需要什么设备，就不知道预先编译什么驱动。

3、内核模块和应用程序的区别

	工作模式	工作性质	层次	权限	影响	竞态	运行方式
应用程序	USR模式	策略性	用户层	低	局部	局部	主动
内核模块	SVC模式	功能性	内核层	高	全局	全局	被挡

 

          

 

 

 

4、内核模块的基本构成

|——两个函数（一般需要）
|        |——模块初始化（加载）函数：当内核模块加载进内核的时候，做一些准备工作
|        |——模块卸载函数：回收、清理资源
|
|——授权（许可证声明）（必须）：Linux内核受GPL（General Public License）授权约束
|——模块参数（可选）：模块被加载时可以被传递给它的值，本身对应模块内的全局变量
|——模块导出符号（可选）
|——模块信息说明（可选）

 5、模块加载（初始化）函数

一般以 __init标识声明

函数命名规则 xxx_init           xxx设备名       init功能名（初始化）

函数形式：

static ini __init  xxx_init(void)
{
         /* 初始化代码
            * 返回值：           成功：0                    失败：负数，绝对值是错误码
* 应用层得到的返回值是-1，错误码保存到errno（每个进程有一个）；      标准化errno.h已经明确定义linux/errno.h
    */
}

注册方式： module_init(x);  x为模块初始化函数的首地址

 6、模块卸载函数

一般以 __exit标识声明

函数命名规则 xxx_exit          xxx设备名       exit功能名（卸载）

static ini __exit  xxx_exit(void)
{
         /* 释放代码 */
}

注册方式： module_exit(x); x为模块卸载函数的首地址

7、模块许可证声明

MODULE_LICENSE(_license)   //_license就是授权名称的字符串
//"GPL"                         　　　[GNU Public License v2 or later]
//"GPL v2"                     　 　　[GNU Public License v2]
//"GPL and additional rights"　　　　 [GNU Public License v2 rights and more]
//"Dual BSD/GPL"                     [GNU Public License v2 or BSD license choice]
//"Dual MIT/GPL"                     [GNU Public License v2 or MIT license choice]
//"Dual MPL/GPL"                     [GNU Public License v2 or Mozilla license choice]

 8、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_DEVICE_TABLE、MODULE_ALIAS分别来声明模块的作者、描述、版本、设备表和别名，例如：

MODULE_AUTHOR(author);
MODULE_DESCRIPTION(description);
MODULE_VERSION(version_string);
MODULE_DEVICE_TABLE(table_info);
MODULE_ALIAS(alternate_name);

对于USB、PCI等设备驱动，通常会创建一个MODULE_DEVICE_TABLE，表明该驱动模块支持的设备，如：

/* 对应此驱动的设备列表 */

static struct usb_device_id skel_table [ ] = {
         {
                   USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID,
　　　　　　USB_SKEL_PRODUCT_ID) },
　　　　　　　{ } /* 表结束 */
         }
};
MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table);

9、模块参数：在加载模块时，可以给模块传参

头文件 linux/moduleparam.h 

A、传递普通变量

module_param(name, type, perm);
声明内核模块参数
/*
name - 接收参数的变量名
type - 变量类型
　　Standard types are:
　　byte, short, ushort, int, uint, long, ulong
　　charp: a character pointer
　　bool: a bool, values 0/1, y/n, Y/N.
　　invbool: the above, only sense-reversed (N = true)
perm - 权限
　　头文件 linux/stat.h
　　#define S_IRWXUGO        (S_IRWXU|S_IRWXG|S_IRWXO)
　　#define S_IALLUGO (S_ISUID|S_ISGID|S_ISVTX|S_IRWXUGO)
　　#define S_IRUGO              (S_IRUSR|S_IRGRP|S_IROTH)
　　#define S_IWUGO             (S_IWUSR|S_IWGRP|S_IWOTH)
　　#define S_IXUGO              (S_IXUSR|S_IXGRP|S_IXOTH)
*/

 范例：

int i = 0;
module_param(i, int, 0644);

运行：

# insmod xxx.ko i=10

 B、传递数组参数

module_param_array(name, type, nump, perm)
/*
声明内核模块数组参数
name - 数组名
type - 数组成员类型
nump – 一个指向保存数组长度的整型变量的指针
perm - 权限
*/

范例：

int arr[] = {1,2,3,4,5,6};
int len=0;
module_param(arr, int, &len, 0644);

运行：

# insmod xxx.ko arr=1,2,3,4,5

 C、传递字符串参数

module_param_string(name, string, len, perm)
/*
声明内核模块字符串参数
name - 字符串缓存的外部名（传入变量名）
string - 字符串缓存的内部名
nump - 数组的数量
perm - 权限
*/

范例：

char insidestr[] = "hello world";
module_param(extstr, insidestr, szieof(insidestr), 0644);

运行：

# insmod xxx.ko extstr="hello"

 10、编译内核模块

如果一个内核模块要加载到某个内核中运行，则这个模块必须使用编译该内核镜像的源码进行编译，否则运行时会出错

A、头文件（语法问题）

B、编译结果（最主要影响）

• 编译时符号表（只在编译时使用）
• 运行时内核符号表
• # cat /proc/kallsyms 运行时内核符号表

C、编译系统

示例Makefile：

# 内核模块的Makefile（模块源码在内核源码外，且内核先编译）
# 1、找内核的Makefile
# 2、内核的Makefile找内核模块的Makeifle
内核模块的Makeifle定义要编译对象
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
#要编译对象表示把demo.c编译成demo.ko
　　obj-m = demo.o
else
#内核源码目录
KERNELDIR :=  /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
modules:
　　$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif
clean:
　　rm -rf .tmp_versions Module.symvers modules.order .tmp_versions .*.cmd *.o *.ko *.mod.c

KERNELRELEASE 是在内核源码的顶层Makefile中定义的一个变量，在第一次读取执行此Makefile时，KERNELRELEASE没有被定义，所以make将读取执行else之后的内容。

当make的目标为all时，-C $(KERNELDIR) 指明跳转到内核源码目录下读取那里的Makefile；M=$(PWD) 表明然后返回到当前目录继续读入、执行当前的Makefile。

当从内核源码目录返回时，KERNELRELEASE已被被定义，kbuild也被启动去解析kbuild语法的语句，make将继续读取else之前的内容。else之前的内容为kbuild语法的语句, 指明模块源码中各文件的依赖关系，以及要生成的目标模块名。

每个内核的名字都包含了它的版本号，这也是 uname -r 命令显示的值。

11、操作内核模块

A、加载模块

1. # insmode 模块文件名 
2. # modprobe 模块名   # depmod
3. # modinfo  可以产看模块信息

B、查看模块

# lsmod

模块名       模块大小     使用计数         使用者（by没有内容的是用户模块，有没用的是内核模块）

Module           size          Used     by

demo            2333               0                                 (Used是当前有多少在用，为0时才允许被卸载)

mptscsih      39530               1   mptspi

C、卸载模块

# rmmod 模块名（Used为0时才允许被卸载）

D、查看内核输出信息

# dmesg | tail –n 10                  /* 查看内后最后十行信息 */

F、导出符号表

#define EXPORT_SYMBOL（导出符号表），符号可以是全局变量，也可以是函数