剖析内核模块

    Linux 可加载内核模块（从内核的 1.2 版本开始引入）是 Linux 内核的最重要创新之一。它们提供了可伸缩的、动态的内核。探索隐藏在可加载模块后面的原理，并学习这些独立的对象如何动态地转换成 Linux 内核的一部分。

    Linux 就是通常所说的单内核（monolithic kernel），即操作系统的大部分功能都被称为内核，并在特权模式下运行。它与微型内核 不同，后者只把基本的功能（进程间通信 [IPC]、调度、基本的输入/输出 [I/O] 和内存管理）当作内核运行，而把其他功能（驱动程序、网络堆栈和文件系统）排除在特权空间之外。因此，您可能认为 Linux 是一个完全静态的内核，但事实恰恰相反。通过 Linux 内核模块（LKM）可以在运行时动态地更改 Linux.

    可动态更改 是指可以将新的功能加载到内核、从内核去除某个功能，甚至添加使用其他 LKM 的新 LKM.LKM 的优点是可以最小化内核的内存占用，只加载需要的元素（这是系统的重要特性）。

    Linux 不是可以进行动态更改的惟一（也不是第一个）单内核。Berkeley Software Distribution（BSD）的变体、Sun Solaris、更老的内核（比如 OpenVMS），以及其他流行的操作系统（比如 Microsoft？ ？ 和 Apple Mac OS X）都支持可加载模块。

    剖析内核模块

    LKM 与直接编译到内核或典型程序的元素有根本区别。典型的程序有一个 main 函数，其中 LKM 包含 entry 和 exit 函数（在 2.6 版本，您可以任意命名这些函数）。当向内核插入模块时，调用 entry 函数，从内核删除模块时则调用 exit 函数。因为 entry 和 exit 函数是用户定义的，所以存在 module_init 和 module_exit 宏，用于定义这些函数属于哪种函数。LKM 还包含一组必要的宏和一组可选的宏，用于定义模块的许可证、模块的作者、模块的描述等等。图 1 提供了一个非常简单的 LKM 的视图。

图 1. 简单 LKM 的源代码视图

    2.6 版本的 Linux 内核提供了一个新的更简单的方法，用于构建 LKM.构建 LKM 时，可以使用典型的用户工具管理模块（尽管内部已经改变）：标准 insmod（安装 LKM），rmmod （删除 LKM），modprobe（insmod 和 rmmod 的包装器），depmod（用于创建模块依赖项），以及 modinfo（用于为模块宏查找值）。更多关于为 2.6 版本内核构建 LKM 的信息，请查看 参考资料。

    剖析内核模块对象

    LKM 只不过是一个特殊的可执行可链接格式（Executable and Linkable Format，ELF）对象文件。通常，必须链接对象文件才能在可执行文件中解析它们的符号和结果。由于必须将 LKM 加载到内核后 LKM 才能解析符号，所以 LKM 仍然是一个 ELF 对象。您可以在 LKM 上使用标准对象工具（在 2.6 版本中，内核对象带有后缀 .ko，）。例如，如果在 LKM 上使用 objdump 实用工具，您将发现一些熟悉的区段（section），比如 .text（说明）、。data（已初始化数据）和 .bss（块开始符号或未初始化数据）。

    您还可以在模块中找到其他支持动态特性的区段。。init.text 区段包含 module_init 代码，。exit.text 区段包含 module_exit 代码（参见图 2）。。modinfo 区段包含各种表示模块许可证、作者和描述等的宏文本。

图 2. 具有各种 ELF 区段的 LKM 的示例

    了解 LKM 的基础知识之后，现在我们进一步探索模块是如何进入内核的，以及在内核内部是如何管理模块的。

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【责编:Chuan】

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