分类： LINUX
2012-08-14 08:09:17
内核模块是Linux内核向外部提供的一个插口，其全称为动态可加载内核模块（Loadable Kernel Module，LKM），我们简称为模块。Linux内核之所以提供模块机制，是因为它本身是一个单内核（monolithic kernel）。单内核的最大优点是效率高，因为所有的内容都集成在一起，但其缺点是可扩展性和可维护性相对较差，模块机制就是为了弥补这一缺陷。
一、 什么是模块
模块是具有独立功能的程序，它可以被单独编译，但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行，这与运行在用户空间的进程是不同的。模块通常由一组函数和数据结构组成，用来实现一种文件系统、一个驱动程序或其他内核上层的功能。
应用程序与内核模块的比较
为了加深对内核模块的了解，表一给出应用程序与内核模块程序的比较。
表一 应用程序与内核模块程序的比较
C语言应用程序 内核模块程序
使用函数 Libc库 内核函数
运行空间 用户空间 内核空间
运行权限 普通用户 超级用户
入口函数 main() module_init()
出口函数 exit() module_exit()
编译 Gcc –c Makefile
连接 Gcc insmod
运行 直接运行 insmod
调试 Gdb kdbug, kdb,kgdb等
从表一我们可以看出，内核模块程序不能调用libc库中的函数，它运行在内核空间，且只有超级用户可以对其运行。另外，模块程序必须通过module_init()和module-exit()函数来告诉内核“我来了”和“我走了”。
二、 编写一个简单的模块
模块和内核都在内核空间运行，模块编程在一定意义上说就是内核编程。因为内核版本的每次变化，其中的某些函数名也会相应地发生变化，因此模块编程与内核版本密切相关。以下例子针对Ubuntu 9.10 内核2.6.31-14-generic
1．程序举例
hello.c
|
#include
#include
#include
MODULE_LICENSE("GPL");
static int __init lkp_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "Hello World!\n");
return 0;
}
static void __exit lkp_cleanup(void)
{
printk(KERN_ALERT "Bye World!\n");
}
module_init(lkp_init);
module_exit(lkp_cleanup);
MODULE_AUTHOR("");
MODULE_DESCRIPTION("hello"); |
说明
所有模块都要使用头文件module.h，此文件必须包含进来。
头文件kernel.h包含了常用的内核函数。
头文件init.h包含了宏_init和_exit，它们允许释放内核占用的内存。
lkp_init是模块的初始化函数，它必需包含诸如要编译的代码、初始化数据结构等内容。
使用了printk()函数，该函数是由内核定义的，功能与C库中的printf()类似，它把要打印的信息输出到终端或系统日志。
lkp_cleanup是模块的退出和清理函数。此处可以做所有终止该驱动程序时相关的清理工作。
module_init()和cleanup_exit()是模块编程中最基本也是必须的两个函数。
module_init()是驱动程序初始化的入口点。而cleanup_exit()注销由模块提供的所有功能。
2 编写Makefile 文件，与hello.c 放在同一个目录里
|
obj-m := hello.o
KERNELBUILD :=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
default:
make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules
clean:
rm -rf *.o *.ko *.mod.c .*.cmd *.markers *.order *.symvers .tmp_versions |
(注意makefile里面要求的tab）
KERNELBUILD :=/lib/modules/$(shell uname -r)/build是编译内核模块需要的Makefile的路径，Ubuntu下是
/lib/modules/2.6.31-14-generic/build
make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules 编译内核模块。－C 将工作目录转到KERNELBUILD，调用该目录下的Makefile，并向这个Makefile传递参数M的值是$(shell pwd) modules。
3. 编译模块
#sudo make （调用第一个命令default）
这时，在hello.c 所在文件夹就会有 hello.ko ，这个就是我们需要的内核模块啦
#sudo make clean
清理编译垃圾，hello.ko 也会清理掉。
4. 插入模块，让其工作。注意必须是root权限
#sudo insmod ./hello.ko
我们用dmesg 就可以看到 产生的内核信息啦，Hello world!
如果没有输出"hello from hello world"，因为如果你在字符终端而不是终端模拟器下运行的话，就会输出，因为在终端模拟器下时会把内核消息输出到日志文件/var/log/kern.log中。
#sudo rmmod ./hello
再用dmesg 可以看到 Bye world!
modutils是管理内核模块的一个软件包。可以在任何获得内核源代码的地方获取Modutils(modutils- x.y.z.tar.gz)源代码，然后选择最高级别的patch.x.y.z等于或小于当前的内核版本，安装后在/sbin目录下就会有 insomod、rmmod、ksyms、lsmod、modprobe等实用程序。当然，通常我们在加载Linux内核时，modutils已经被载 入。
1．Insmod命令
调用insmod程序把需要插入的模块以目标代码的形式插入到内核中。在插入的时候，insmod自动调用init_module()函数运行。注意，只有超级用户才能使用这个命令，其命令格式为：
# insmod [path] modulename.ko
2. rmmod命令
调用rmmod程序将已经插入内核的模块从内核中移出，rmmod会自动运行cleanup_module()函数，其命令格式为：
#rmmod [path] modulename.ko
3．lsmod命令
调用lsmod程序将显示当前系统中正在使用的模块信息。实际上这个程序的功能就是读取/proc文件系统中的文件/proc/modules中的信息，其命令格式为：
#lsmod
4．ksyms命令
ksyms这个程序用来显示内核符号和模块符号表的信息。与lsmod相似，它的功能是读取/proc文件系统中的另一个文件/proc/kallsyms。
