《Linux内核精髓：精通Linux内核必会的75个绝技》一HACK #3 如何编写内核模块

HACK #3　如何编写内核模块

本节将介绍向Linux内核中动态添加功能的结构—内核模块的编写方法。
内核模块
Linux内核是单内核（monolithic kernel），也就是全部的内核功能都集成在一个内核空间内。可是内核具备模块功能，能够将磁盘驱动程序、文件系统等独立的内核功能制做成模块，并动态添加到内核空间或者删除。
内核模块是能够动态添加到Linux内核空间的二进制文件，文件扩展名为ko。
内核模块的编写方法大体有两种。一种是将内核源码树带有的功能编写为模块的方法（参考Hack #2），另外一种是将内核源码树中所没有的特有功能编写为模块的方法。
经过内核配置编写模块
把内核源代码文件中CONFIG_*=m的项目所对应的驱动程序编写为模块。编写生成的模块通常安装在/lib/modules/内核版本/kernel下。
以RHEL6为例

# ls /lib/modules/2.6.32-71.29.1.el6.x86_64/kernel/ arch crypto drivers fs kernel lib mm net sound 

编写特有的内核模块
下面将介绍如何编写内核源码树中所没有的特有内核模块。
以mymod模块为例说明，请将下面的代码以mymod.c为文件名保存。

#include <linux/module.h> #include <linux/timer.h> #include <linux/errno.h> static int sec = 5; module_param(sec, int, S_IRUGO|S_IWUSR); MODULE_PARM_DESC(sec, "Set the interval."); static void mymod_timer(unsigned long data); static DEFINE_TIMER(timer, mymod_timer, 0, 0); static void mymod_timer(unsigned long data) { printk(KERN_INFO "mymod: timer\n"); mod_timer(&timer, jiffies + sec * HZ); } static int mymod_init(void) { printk(KERN_INFO "mymod: init\n"); if (sec <= 0) { printk(KERN_INFO "Invalid interval sec=%d\n", sec); return -EINVAL; } mod_timer(&timer, jiffies + sec * HZ); return 0; } static void mymod_exit(void) { del_timer(&timer); printk(KERN_INFO "mymod: exit\n"); } module_init(mymod_init); module_exit(mymod_exit); MODULE_AUTHOR("Hiroshi Shimamoto"); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_DESCRIPTION("My module"); 

在模块的源代码中包含（include）头文件linux/module.h。
名为module_int()和module_exit()的宏，能够调用回调（callback）函数来进行初始化和终止模块的处理。在模块的源文件中进行以下描述，就能够在添加模块时调用初始化函数，在删除模块时调用终止函数。
module_init(初始化函数名)；
module_exit(终止函数名)；
在这个例子模块的情形下调用的分别是mymod_init()和mymod_exit()。
初始化函数为了表示初始化已正常完成，须要返回0。按照Linux内核中的写法，发生错误（error）时将返回一个值为负数的错误代码。在这个例子中，若是设定值出错，则处理为-EINVAL（非法值）。
下面先用3个宏对模块进行定义，但在模块编写中并非必需的。

这个例子模块还用到了模块参数。模块参数可使用module_param()宏来生成。
module_param(参数名，参数类型，权限（permission）)；
在例子模块中，sec定义为int类型的模块参数。
另外，还可使用MODULE_PARM_DESC()宏来对模块参数进行说明。
先简单介绍一下这个例子的运行过程。当添加模块时，会调用指定为初始化函数的mymod_init()。在mymod_init()中首先经过printk()输出：
mymod: init
而后确认模块参数sec是否正常。在模块参数sec的值为0如下的异常情形时，会返回EINVAL错误代码并终止程序。在判断模块参数sec正常后，将内核计时器设置为sec秒后启动超时（timeout）函数mymod_timer()。在每隔sec秒启动的mymod_timer()中，首先使用printk()输出：

mymod: timer

再次设置sec秒的内核计时器，而后终止。当删除模块时，会调用mymod_exit()函数，删除内核计时器，经过printk()输出：

mymod: exit

因而模块终止。
接下来须要准备编写模块所需的Makefile。因为是使用内核的建立框架来生成，所以Makefile的内容很是简单。

obj-m :=mymod.o

最后执行下列make命令，经过当前目录（current directory）的源代码和Makefile生成模块mymod.ko。

# make -C /lib/modules/'uname 杛'/build M='pwd' 

经过使用modinfo命令，能够看到所生成模块mymod.ko的信息。从这里能够看到使用MODULE_*宏所指定的内容。

# modinfo mymod.ko
filename:       mymod.ko
description:    My module license: GPL author: Hiroshi Shimamoto srcversion: 61A3BB7CFC0C89B8344F5A5 depends: vermagic: 2.6.32-71.29.1.el6.x86_64 SMP mod_unload modversions parm: sec:Set the interval. (int) 

添加内核模块
添加内核模块须要用到insmod命令或modprobe命令。
经过执行insmod命令把生成的mymod.ko模块添加进来。

# insmod mymod.ko

使用dmesg命令，能够看到例子模块mymod.ko的输出内容。

# dmesg | tail
       :
mymod: init

做为模块初始化函数mymod_init()所调用的printk()的输出内容会在最后一行显示。
使用lsmod能够显示目前添加到内核中的模块列表。

# lsmod
Module                Size   Used by
mymod                 1482 0 

:

能够看到，mymod行存在，模块已添加。
要将已添加的模块从内核空间删除时，可使用rmmod命令。

# rmmod mymod

执行rmmod命令后，模块将从内核空间内删除，使用lsmod命令就不会再输出mymod行。
此外，使用dmesg命令还能够看到终止模块的处理中printk()输出的信息mymod: exit。

# dmesg | tail
       :
mymod: exit

下面针对模块参数做一些介绍。在添加模块后，就会在/sys/module下生成对应的目录和文件。

# ls /sys/module/mymod/ 

holders initstate notes parameters refcnt sections srcversion
能够确认在parameters下生成的模块mymod中所定义的参数sec。

# ls -l /sys/module/mymod/parameters/sec 

-rw-r--r--. 1 root root 4096 May 15 06:34 /sys/module/mymod/parameters/sec
其内容应当是初始值5。

# cat /sys/module/mymod/parameters/sec 

5
模块参数能够在使用insmod添加模块时对值进行指定。

# insmod mymod.ko sec=10 

进行上述操做后，添加mymod.ko时模块参数sec就为10，默认间隔5秒的超时变成间隔10秒。小结本节介绍了内核模块的编写方法。编写特有内核模块是Kernel构建的入门级操做，你也能够尝试一下。参考文献Documentation/kbuild/modules.txt—Hiroshi Shimamoto