02 构造和运行模块

#1 设置测试系统

      &  想要在运行的内核当中扩展模块，就必须先准备好一个内核源代码树（能够是“主线”内核，也能够是发行版内核），构造一个新的内核，而后安装到本身的系统中，做为测试系统；

 

#2 Hello World 模块

      &  构造好内核树以后，就能够开始编写模块了。咱们先从简单的 “Hello World 模块”入手：

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 4  
 5 static int hello_init(void)
 6 {
 7     printk(KERN_ALERT "Hello, world\n");
 8     return 0;
 9 }
10  
11 static int hello_exit(void)
12 {
13     printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world\n");
14 }
15  
16 module_init(hello_init);
17 module_exit(hello_exit);

    上述模块定义了 hello_init 和 hello_exit 两个函数，hello_init 在模块被装载到内核的时候调用，而 hello_exit 在模块被移除内核时调用；

 

     module_init 和 module_exit 则是使用了内核的特殊宏来表示 hello_init 和 hello_exit 所要实现的功能；

 

    此外，特殊宏 MODULE_LICENSE 则声明了该模块的许可权限（若是没有这个声明，内核在装载该模块时会产生内核被污染警告），可用的 LICENSE 包括：GPL 、 GPL v2 、 GPL and additional rights 、 Dual BSD/GPL 、Dual MPL/GPL  、Proprietary；

 

    函数 printk 是在内核中定义的，这是由于 内核在运行时不能依赖于 C 库，模块能够调用 printk 是由于在 insmod 函数装入模块以后，模块就链接到了内核，于是能够访问内核的公用符号；

 

    KERN_ALERT 定义了消息的优先级， 消息的优先级降序排列为：[0] KERN_EMERG 、[1] KERN_ALERT 、[2] KERN_CRIT 、[3] KERN_ERR 、[4] KERN_WARNING 、[5] KERN_NOTICE 、[6] KERN_INFO 和 [7] KERN_DEBUG；新的优先级被指定为1～8之间的整数值， 打印规则是：显示设定的优先级到最高优先级之间的信息，即若是值为1，则只有优先级为0的消息才能到达控制台，若是值为8，则0～7优先级的全部信息都会显示出来；

 

      &  模块编译和测试：

    make：根据 makefile 规定的编译规则将源程序编译成模块 .ko 文件 [关于 makefile 会在以后的笔记当中单独编辑]；

    su：切换到超级用户模式，只有超级用户才能加载和卸载模块 [熟悉Linux 的同窗应该都知道用户权限的问题，这里就不说了]；

    insmod ./hello.ko ：加载模块；

    rmmod ./hello.ko ：移除模块；

 

#3 用户空间和内核空间

      &  模块运行在内核空间里，应用程序运行在用户空间中；

          在内核空间中，处理器能够进行全部的操做；而在用户空间中，处理器控制着对硬件的直接访问以及对内存的非受权访问；

           当且仅当进程执行系统调用或者被硬件中断挂起的时候，用户空间能够切换到内核空间；

 

#4 当前进程

      &   内核代码经过全局变量 current 来得到当前进程，current 是一个指向 struct task_struct 的指针；

          在 open 、read 等系统调用的执行过程当中，当前进程指的是调用这些系统调用的进程；

          须要提到的一点是， 在2.6 内核中，引入一种新的机制，即current 再也不是一个全局变量，而是将 task_struct 结构的指针隐藏在内核栈中，这样，设备驱动只要包含<linux/sched.h>头文件便可引用当前进程；并且 新的机制支持SMP（对称多处理器）；

 

#5  装载和卸载模块

      &   insmod 和 ld 的区别：

    insmod 将模块的代码和数据装入内核，而后使用内核符号表解析模块中任何未解析的符号；

    连接器 ld 的工做是解析未定义的符号引用，将目标文件中的占位符替换为符号的地址，同时完成程序中各目标文件的地址空间的组织；

    与  ld 不一样，使用 insmod，内核不会修改模块的磁盘文件，而是仅仅修改内存中的模块副本；

 

       &   insmod 的装载过程：

 

                

 

       &   insmod 和 modprobe 的区别：

    modprobe 也是用来装载模块的，与 insmod 不一样的是，modprobe 会考虑要装载的模块是否引用了当前内核当中不存在的符号；若是有这类引用，modprobe 会在当前模块搜索路径中查找定义了这些符号的其余模块，并将这些模块一块儿装入内核，也即： modprobe 在装载的时候起到检查并修正符号依赖性的做用；而insmod 明显不具有这种功能，若在这种状况下使用 insmod，则会返回“unresolve symbol”（未解析的符号）错误；

 

       &  rmmod 用于从内核中移除模块； 当内核认为模块忙时和内核配置被禁止移除模块时，rmmod 没法移除模块，这时可使用强制移除，但更为保险的方式是从新引导系统；

 

       &  lsmod 用以显示当前装载到内核的全部模块，实际上， lsmod 经过读取 /proc/modules 虚拟文件来得到当前已装载的模块的信息；

 

#6 内核符号表

       &  insmod 使用公用内核符号表来解析模块中未定义的符号，这是由于 公用内核符号表包含了全部的全局内核项（函数和变量）的地址；当模块被装入内核后，它导出的任何符号都会变成内核符号表的一部分； 这些导出的符号能够被新模块使用，这就是模块层叠技术；

 

       &  若是一个模块须要向其余模块导出符号，应使用下面两个宏：

         EXPORT_SYMBOL(name)；

        EXPORT_SYMBOL_GPL(name)；

    后者使得导出的版本只能被GPL 许可证下的模块使用；

 

        &  须要注意的是， 符号必须在模块文件的全局部分导出，而不能在函数中导出，这是由于符号的导出由宏 EXPORT_SYMBOL 和 EXPORT_SYMBOL_GPL 控制，而这两个宏将被扩展为一个特殊变量的声明，而该变量必须是全局的；

 

#7 版本依赖

       &  在缺乏 modversions 的状况下，模块代码必须针对要连接的每一个版本的内核从新编译，也就是说， 不一样的内核版本可能具备不一样的数据结构和函数原型，模块的构造严重依赖于内核的版本；

    咱们在构造模块时， 能够将模块与当前内核树中的 vermagic.o 目标文件进行连接，经过 vermagic.o   [包含了大量有关内核的信息]  来检查模块和正在运行内核的兼容性，若是不匹配，就不会装载该模块；

 

#8 模块头文件

       &  大部份内核代码中都包含一堆头文件，以便得到函数、数据类型和变量的定义；其中，有两个头文件是模块当中必需要包含的，它们是：module.h 和 init.h；

     module.h 包含可装载模块须要的大量符号和函数的定义； init.h 指定了模块初始化和清除函数；

    此外，也可能包含 moduleparam.h 头文件， moduleparam.h 用来在装载模块时向模块传递参数；

 

#9 初始化函数

        &   模块初始化函数注册模块提供的任何功能；

 

    初始化函数实际定义一般以下：

1 static int __init initialization_function(void)
2  {
3         /* Initialization code here */
4  }
5 
6  module_init(initialization_function);

 

    初始化函数应声明为 st atic， 它们不会在特定文件以外可见；

 

     __init 标志告诉内核给定的函数只是在初始化使用；模块加载后会丢掉这个初始化函数，使它的内存可作其余用途；

    　　相似的标签 ：__initdate / __devinit / __devinitdata

        　　__initdata 给只在初始化时用的数据；__init 和 __initdata 是可选的；

       　　 __devinit 和 __devinitdata 在内核源码里，只有在内核未被配置为支持 hotplug 设备时它们才被翻译为 __init 和 _initdata；

 

    module_init 的使用是强制的；这个宏会在模块的目标代码中增长一个特殊的段，用于说明初始化函数所在的位置；没有这个定义，初始化函数永远不会被调用；

 

    模块能够注册许多不一样类型的设施，对每种设施对应有具体的内核函数用来完成注册；大部分的模块注册函数使用 register_ 做为前缀，可在内核源代码中使用 grep register_ 找到它；

 

#10 清除函数

       &  清除函数用于在模块被移除前注销接口并向系统中返回全部资源；

 

    清除函数的定义以下：

static void __exit cleanup_function(void)     {         /* Cleanup code here */     }     module_exit(cleanup_function);

    __exit 标记该代码仅用于模块卸载， 当且仅当模块被卸载或系统关闭时被调用，其余用法都是错误的；

 

     若是模块被直接嵌入到内核中或内核标记不容许卸载模块时，__exit 标记的函数将被抛弃；