实验二 内核模块编译

Posted 2020-12-01 eosmomo

本文包含老师给的文件以及自己实际做的实验步骤截图。

内核模块编译

实验目的：
1、理解模块原理
2、编写模块代码
3、编译模块
4、加载模块
5、测试模块
6、卸载模块

实验步骤

1、实验原理
Linux模块是一些可以作为独立程序来编译的函数和数据类型的集合。之所以提供模块机制，是因为Linux本身是一个单内核。单内核由于所有内容都集成在一起，效率很高，但可扩展性和可维护性相对较差，模块机制可弥补这一缺陷。
Linux模块可以通过静态或动态的方法加载到内核空间，静态加载是指在内核启动过程中加载；动态加载是指在内核运行的过程中随时加载。
一个模块被加载到内核中时，就成为内核代码的一部分。模块加载入系统时，系统修改内核中的符号表，将新加载的模块提供的资源和符号添加到内核符号表中，以便模块间的通信。
2、编写模块代码
?模块构造函数：
执行insmod或modprobe指令加载内核模块时会调用的初始化函数。函数原型必须是module_init()，括号内是函数指针
?模块析构函数：
执行rmmod指令卸载模块时调用的函数。函数原型是module_exit()
?模块许可声明：
函数原型是MODULE_LICENSE()，告诉内核该程序使用的许可证，不然在加载时它会提示该模块污染内核。一般会写GPL。
?模块参数（可选）
?模块导出符号（可选）
?模块作者信息声明（可选）

头文件module.h，必须包含此文件；
头文件kernel.h，包含常用的内核函数；
头文件init.h包含宏_init和_exit，允许释放内核占用的内存。

写一个简单的代码，用来向内核输出一段文字。

在我的机器上

代码很简单，里面包括了上文提到的构造、析构和许可证。
3、编译模块
接下来写Makefile。

Makefile里面有用到上学期学过的简写形式。
第一行的printname换成你自己写的.c文件名。
第三行的LINUX_KERNEL_PATH后面要写你自己的内核版本对应的内核源码包地址，我升级过内核，所以版本不太一样。
解释一下make命令：
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) 指明跳转到内核源码目录下读取那里的Makefile
M=$(CURRENT_PATH) 表明返回到当前目录继续执行当前的Makefile。

在我的机器上

make之后的执行时这样的：

在我的机器上

生成了好多文件：

在我的机器上

4、加载模块
sudo insmod printname.ko
5、测试模块
dmesg看内核信息

在我的机器上

6、卸载模块
sudo rmmod printname

这时用dmesg看内核信息，就会看到写在module_exit()中的输出。

在我的机器上

7、实现输出当前进程信息的功能
前面实现的功能太简单，接下来编写一个功能复杂的模块代码，实现更有用的功能。
老师的建议是做显示进程的代码，做了好久一直没能通过编译，最后得出的结论是新内核没有兼容旧内核的功能。更改grub配置，重启，在grub启动菜单中选择旧版本的内核。

现在成功切换回原来的内核。
接下来编写代码。网上找的代码，能读得懂，同时也遵循之前讲过的格式。

按照之前讲过的规范，修改第一行为新的文件名，第三行引用内核代码要换成旧版本的内核代码。
之后make，sudo insmod module2.ko，之后用dmesg看内核信息。
在我的机器上

实现了代码的功能，验证成功。
8、实现读取进程链表的功能
在上一个代码的基础上，修改代码。

可以看到，我用了一个叫做for_each_process()的宏，它的定义如下：

其实就是个for循环，从第一个PCB（叫做init_task）开始，顺着next指针读了一圈。
修改Makefile，make，insmod，输出如下图：

在我的机器上
出现了如下错误：

是for_each_process（）函数的问题
经过查阅资料，去当前内核目录下的include/linux/sched.h文件中查找for_each_process()，果然没有查到相应的函数定义，而是在include/linux/sched/signal.h文件中找到了这个函数，所以在new9302.c文件中引入该文件，如图所示：

之后make成功：

经过sudo insmod new9302.ko，然后dmesg之后，得到输出结果：

9、结束语
编译模块与正常的C语言有一些区别，C语言的innclude文件存放在/usr/include中，而模块用到的include文件都在/usr/src/内核代码/include中。由于头文件的差异，会产生一些无法预料的错误。另外就算是make通过，在insmod的时候也可能会出现参数错误之类的错误。想要用模块做出更强大的功能，还需要多尝试、多学习。**