1 内核模块基础代码解析

Linux内核的插件机制——内核模块

类似于浏览器、eclipse这些软件的插件开发，Linux提供了一种可以向正在运行的内核中插入新的代码段、在代码段不需要继续运行时也可以从内核中移除的机制，这个可以被插入、移除的代码段被称为内核模块。

主要解决：

1. 单内核扩展性差的缺点

2. 减小内核镜像文件体积，一定程度上节省内存资源

3. 提高开发效率

4. 不能彻底解决稳定性低的缺点：内核模块代码出错可能会导致整个系统崩溃

内核模块的本质：一段隶属于内核的“动态”代码，与其它内核代码是同一个运行实体，共用同一套运行资源，只是存在形式上是独立的。

#include <linux/module.h> //包含内核编程最常用的函数声明，如printk
#include <linux/kernel.h> //包含模块编程相关的宏定义，如：MODULE_LICENSE
​
/*该函数在模块被插入进内核时调用，主要作用为新功能做好预备工作被称为模块的入口函数__init的作用 : 
1. 一个宏，展开后为：__attribute__ ((__section__ (".init.text")))   实际是gcc的一个特殊链接标记
2. 指示链接器将该函数放置在 .init.text区段
3. 在模块插入时方便内核从ko文件指定位置读取入口函数的指令到特定内存位置
*/
int __init myhello_init(void)
{/*内核是裸机程序，不可以调用C库中printf函数来打印程序信息，Linux内核源码自身实现了一个用法与printf差不多的函数，命名为printk （k-kernel）printk不支持浮点数打印*/printk("#####################################################\n");printk("#####################################################\n");printk("#####################################################\n");printk("#####################################################\n");printk("myhello is running\n");printk("#####################################################\n");printk("#####################################################\n");printk("#####################################################\n");printk("#####################################################\n");return 0;
}
​
/*该函数在模块从内核中被移除时调用，主要作用做些init函数的反操作被称为模块的出口函数__exit的作用：
1.一个宏，展开后为：__attribute__ ((__section__ (".exit.text")))   实际也是gcc的一个特殊链接标记
2.指示链接器将该函数放置在 .exit.text区段
3.在模块插入时方便内核从ko文件指定位置读取出口函数的指令到另一个特定内存位置
*/
void __exit myhello_exit(void)
{printk("myhello will exit\n");
}
​
/*
MODULE_LICENSE(字符串常量);
字符串常量内容为源码的许可证协议 可以是"GPL" "GPL v2"  "GPL and additional rights"  "Dual BSD/GPL"  "Dual MIT/GPL" "Dual MPL/GPL"等, "GPL"最常用
​
其本质也是一个宏，宏体也是一个特殊链接标记，指示链接器在ko文件指定位置说明本模块源码遵循的许可证
在模块插入到内核时，内核会检查新模块的许可证是不是也遵循GPL协议，如果发现不遵循GPL，则在插入模块时打印抱怨信息：myhello：module license 'unspecified' taints kernelDisabling lock debugging due to kernel taint
也会导致新模块没法使用一些内核其它模块提供的高级功能
*/
MODULE_LICENSE("GPL");
​
/*
module_init 宏
1. 用法：module_init(模块入口函数名) 
2. 动态加载模块，对应函数被调用
3. 静态加载模块，内核启动过程中对应函数被调用
4. 对于静态加载的模块其本质是定义一个全局函数指针，并将其赋值为指定函数，链接时将地址放到特殊区段（.initcall段），方便系统初始化统一调用。
5. 对于动态加载的模块，由于内核模块的默认入口函数名是init_module,用该宏可以给对应模块入口函数起别名
*/
module_init(myhello_init);
​
/*
module_exit宏
1.用法：module_exit(模块出口函数名)
2.动态加载的模块在卸载时，对应函数被调用
3.静态加载的模块可以认为在系统退出时，对应函数被调用，实际上对应函数被忽略
4.对于静态加载的模块其本质是定义一个全局函数指针，并将其赋值为指定函数，链接时将地址放到特殊区段（.exitcall段），方便系统必要时统一调用，实际上该宏在静态加载时没有意义，因为静态编译的驱动无法卸载。
5.对于动态加载的模块，由于内核模块的默认出口函数名是cleanup_module,用该宏可以给对应模块出口函数起别名
*/
module_exit(myhello_exit);

模块三要素：入口函数 出口函数 MODULE__LICENSE

2 内核模块的多源文件编程

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
​
ifeq ($(ARCH),arm)
KERNELDIR ?= 目标板linux内核源码顶层目录的绝对路径
ROOTFS ?= 目标板根文件系统顶层目录的绝对路径
else
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
endif
PWD := $(shell pwd)
​
modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
​
modules_install:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) INSTALL_MOD_PATH=$(ROOTFS) modules_install
​
clean:rm -rf  *.o  *.ko  .*.cmd  *.mod.*  modules.order  Module.symvers   .tmp_versions
​
else
obj-m += hello.o
​
endif

Makefile中：

obj-m用来指定模块名，注意模块名加.o而不是.ko

可以用 模块名-objs 变量来指定编译到ko中的所有.o文件名（每个同名的.c文件对应的.o目标文件）

一个目录下的Makefile可以编译多个模块：

添加：obj-m += 下一个模块名.o

3 内核模块信息宏

MODULE_AUTHOR(字符串常量); //字符串常量内容为模块作者说明
​
MODULE_DESCRIPTION(字符串常量); //字符串常量内容为模块功能说明
​
MODULE_ALIAS(字符串常量); //字符串常量内容为模块别名

这些宏用来描述一些当前模块的信息，可选宏

这些宏的本质是定义static字符数组用于存放指定字符串内容，这些字符串内容链接时存放在.modinfo字段，可以用modinfo命令来查看这些模块信息，用法：

modinfo  模块文件名

示例：

myhello.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>int __init myhello_init(void)
{printk("##############################################\n");printk("##############################################\n");printk("##############################################\n");printk("#############     myhello     ################\n");printk("##############################################\n");printk("##############################################\n");printk("##############################################\n");printk("##############################################\n");return 0;
}void __exit myhello_exit(void)
{printk("myhello will exit\n");
}MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("4IOT");
MODULE_DESCRIPTION("It is only a simple test");
MODULE_ALIAS("HI");module_init(myhello_init);
module_exit(myhello_exit);

func.c

#include <linux/kernel.h>void test_func(void)
{printk("call test_func\n");
}

test.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>void test_func(void);int __init test_init(void)
{test_func();return 0;
}void __exit test_exit(void)
{printk("test will exit\n");
}MODULE_LICENSE("GPL");module_init(test_init);
module_exit(test_exit);

Makefile

ifeq ($(KERNELRELEASE),)ifeq ($(ARCH),arm)
KERNELDIR ?= /home/linux/Linux_4412/kernel/linux-3.14
ROOTFS ?= /opt/4412/rootfs
else
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
endif
PWD := $(shell pwd)modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesmodules_install:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules INSTALL_MOD_PATH=$(ROOTFS) modules_installclean:rm -rf  *.o  *.ko  .*.cmd  *.mod.*  modules.order  Module.symvers   .tmp_versionselse
CONFIG_MODULE_SIG=n
obj-m += myhello.oobj-m += xyz.o
xyz-objs = test.o func.oendif

运行make编译生成

modinfo查看信息

4 练习

内核模块宏都有什么，分别有什么作用？ 

 __init的作用 : 
1. 一个宏，展开后为：__attribute__ ((__section__ (".init.text")))   实际是gcc的一个特殊链接标记
2. 指示链接器将该函数放置在 .init.text区段
3. 在模块插入时方便内核从ko文件指定位置读取入口函数的指令到特定内存位置__exit的作用：
1.一个宏，展开后为：__attribute__ ((__section__ (".exit.text")))   实际也是gcc的一个特殊链接标记
2.指示链接器将该函数放置在 .exit.text区段
3.在模块插入时方便内核从ko文件指定位置读取出口函数的指令到另一个特定内存位置MODULE_LICENSE(字符串常量);
字符串常量内容为源码的许可证协议 可以是"GPL" "GPL v2"  "GPL and additional rights"  "Dual BSD/GPL"  "Dual MIT/GPL" "Dual MPL/GPL"等, "GPL"最常用
其本质也是一个宏，宏体也是一个特殊链接标记，指示链接器在ko文件指定位置说明本模块源码遵循的许可证
在模块插入到内核时，内核会检查新模块的许可证是不是也遵循GPL协议，如果发现不遵循GPL，则在插入模块时打印抱怨信息：myhello：module license 'unspecified' taints kernelDisabling lock debugging due to kernel taint
也会导致新模块没法使用一些内核其它模块提供的高级功能module_init 宏
1. 用法：module_init(模块入口函数名) 
2. 动态加载模块，对应函数被调用
3. 静态加载模块，内核启动过程中对应函数被调用
4. 对于静态加载的模块其本质是定义一个全局函数指针，并将其赋值为指定函数，链接时将地址放到特殊区段（.initcall段），方便系统初始化统一调用。
5. 对于动态加载的模块，由于内核模块的默认入口函数名是init_module,用该宏可以给对应模块入口函数起别名