Linux内核模块编程.ppt

1、Linux内核模块编程,主要参考书目,Linux设备驱动开发详解(第2版) 宋宝华 编著 人民邮电出版社,主要参考书目,Linux设备驱动程序(第三版) 魏永明 耿岳 等 译 中国电力出版社,主要参考书目,精通Linux驱动程序开发 Sreekrishnan 编著 人民邮电出版社,可装载内核模块,为了使系统功能能够更灵活的扩充，Linux支持内核的动态扩展，即在系统运行时给内核增加新的功能（即模块module）。 模块（module）是一段可以被动态链接的目标代码（.ko），它可由insmod命令动态的装载并链接到正在运行的内核。链接后，它就成了内核的一部分，直到用rmmod命令解除链接并卸载

2、。 Linux驱动程序就是一种特殊的内核模块。,内核模块与应用程序的不同,内核模块工作在内核空间（supervisor space），而应用程序工作在用户空间（user space） 内核模块是一个由多个回调函数组成的“被动”代码集合体，采用了“事件驱动模型”；而应用程序总是从头至尾的执行单个任务。 内核模块不能调用C标准函数库（glibc库），只能调用linux内核导出的内核函数。 内核模块在编程时必须考虑可重入性（reentrant） 内核模块可使用的栈很小(一般只有4096字节)。,内核模块程序源码的构成,最简单的Kernel Module,#include #include MODUL

3、E_LICENSE(Dual BSD/GPL); static int _init hello_init(void) / 这是模块加载函数 printk(KERN_ALERT Hello, worldn); return 0; static void _exit hello_exit(void) / 这是模块卸载函数 printk(KERN_ALERT Goodbye, cruel worldn); module_init(hello_init); module_exit(hello_exit);,模块加载函数,通过insmod或modprobe命令加载内核模块时，模块的加载函数会自动被内核执

4、行，完成模块的相关初始化工作，通常包括：(1)向内核注册一些数据结构;（2）申请软硬件资源;（3）初始化硬件 模块加载函数必须用宏“module_init”指定，它返回整型值。若初始化成功则返回0，若失败则返回一个负值作为错误码。 “_init”和“_exit”都是宏，利用了gcc的扩展关键字，分别要求编译器将所声明函数的目标代码放入“init.text”段和“exit.text”段中(两个特殊的ELF段)。 static关键字为了将该函数名的可见性控制在本文件内。,#define _init _attribute_ (_section_(“.init.text”) #define _exit

5、 _attribute_ (_section_(“.exit.text”),module_init背后的秘密,#define module_init(x) _initcall(x); #define _initcall(fn) device_initcall(fn) #define device_initcall(fn) _define_initcall(6, fn, 6) #define _define_initcall(level,fn,id) static initcall_t _initcall_#fn#id _used _attribute_(_section_(.initcall

6、level .init) = fn 所以，module_init(x)最终展开为： static initcall_t _initcall_#fn#id _used _attribute_(_section_(.initcall level .init) = fn initcall_t是一个指向函数的指针类型 typedef int (*initcall_t)(void) 所以module_init本质上是将一个函数指针变量放在了一名为.initcall6.init ELF节中。,Executable and Linking Format,模块卸载函数,模块卸载函数必须用宏“module_ex

7、it”指定，无返回值。 当通过rmmod命令卸载某模块时，模块的卸载函数会自动被内核执行，完成与模块装载函数相反的功能。（注销一些内核数据结构，释放资源等）。,内核打印函数printk,printk（fmt, args ) 级别 KERN_EMERG 用于紧急消息, 常常是那些崩溃前的消息. KERN_ALERT 需要立刻动作的情形. KERN_CRIT 严重情况, 常常与严重的硬件或者软件失效有关. KERN_ERR 用来报告错误情况; 设备驱动常常使用 KERN_ERR 来报告硬件故障. KERN_WARNING 有问题的情况的警告, 这些情况自己不会引起系统的严重问题. KERN_NOT

8、ICE 正常情况, 但是仍然值得注意. 在这个级别一些安全相关的情况会报告. KERN_INFO 信息型消息. 在这个级别, 很多驱动在启动时打印它们发现的硬件的信息. KERN_DEBUG 用作调试消息. 不能打印浮点数,printk消息流向,/etc/syslog.conf中可配置syslogd的分发规则，例如可以加入： kern.* /tmp/kernel_debug.txt /proc/kernel/printk文件中设置了一个优先级，高于该优先级的消息才能显示到控制台中,模块许可证声明,模块许可证声（MODULE_LICENSE）明描述内核模块的许可权限 如果不声明LICENSE,模

9、块被加载时，将收到内核被污染（kernel tainted）的警告,编译内核模块的条件,已安装了GCC工具链 有一份内核源码，且至少被编译过一次。 内核模块程序在编译过程中要使用内核源码的头文件（在include目录）和编译内核时生成的符号文件。,内核模块的编译,可以编写一个最简单的Makefile：,obj-m := hello.o,并采用如下命令编译：,make C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M= $(shell pwd) modules,或采用如下较复杂的Makefile：,ifneq ($(KERNELRELEASE),) # call

10、from kernel build system obj-m:= hello.o else KERNELDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd) default: make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules endif,内核模块的编译,如果我们想由两个源文件(比如file1.c和file2.c )构造出一个名称为module.ko的模块, 则makefile的obj-m变量可如下编写:,obj-m := module.o module-objs := file1.o file2

11、.o,内核模块的加载与卸载,使用insmod命令或modprobe加载模块：,insmod ./hello.ko,使用rmmod命令卸载模块：,rmmod hello,使用lsmod命令查看内核中已加载的内核模块的信息 通过查看/proc/modules文件也可查看内核中已加载的内核模块的信息。 通过查看/sys/module目录也可查看内核中已加载的内核模块的信息。,modprobe会考虑要装载的模块是否引用了一些当前内核不存在的符号。如果有这类引用，modprobe会在当前模块路径中搜索定义了这些符号的其他模块，并同时将这些模块也装载到内核。(/lib/modules modules.de

12、p /ect/modprob.conf),内核模块参数,module_param（参数名，参数类型，参数读/写权限） 内核支持的模块参数类型包括： byte、short、ushort、int、uint、long、ulong、charp(字符指针)、bool。,static char *whom = world; static int howmany = 1; module_param(howmany, int, S_IRUGO); module_param(whom, charp, S_IRUGO);,装载模块指定参数,可通过insmod或modprobe在装载模块时为其传入参数： insmo

13、d hello_ext.ko howmany=5 whom=Students modprobe也可以从它的配置文件(/etc/modprobe.conf)读取参数的值,最简单的Kernel Module, / export.c int add_integer(int a, int b) return a+b; int sub_integer(int a, int b) return a-b; EXPORT_SYMBOL(add_integer); EXPORT_SYMBOL(sub_integer);,extern int add_integer(int a, int b); / import.c extern sub_integer(int a, int b); static int _init hello_init(void) / 这是模块加载函数 printk(KERN_ALERT “%dn“, add_integer(5, 10); return 0; ,编译import.c时需要用到编译export.c时生成的符号文件module.symv