ldd3学习之二：构造和运行模块

1.设置测试系统：

①设置一套内核源码树，比如/usr/src/linux-2.6.x,参考

eg:uname -r  --->2.6.32-27-generic

wget

②直接用发行版的内核源码包，比如/lib/modules/$(shell uname -r),包含内核目标链接文件。

2.hello world模块

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static int hello_init(void)
{
    printk(KERN_ALERT"hello,world.\n");
    return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
    printk(KERN_ALERT"Goodbye,cruel world.\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

 Makefile文件

#如果已定义KERNELRELEASE，则说明是从内核构造系统调用的
#因此可利用其内建语句
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
    obj-m := hello.o
#否则，是直接从命令行调用的，这是要调用内核构造系统
else
    KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
    PWD := $(shell pwd)
default:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif

make编译，然后用insmod安装，用dmesg可以在终端看到输出信息，或者输出到某个日志文件里比如/var/log/messages.

linux的模块并不复杂，真正的困难在于理解设备并最大化其性能

3.内核模块的特点。

①模块仅仅被链接到内核，因此能调用的函数仅仅是由内核导出的那些函数，不存在任何可链接的函数库。

②内核函数不支持浮点运算。

③Unix使用两个级别，内核态和用户态。当处理器有多个级别时，使用最高级别和最低级别。

④每当应用程序执行系统调用或者被硬件中断挂起时，Unix从用户空间切换到内核空间。

⑤系统调用的代码运行在进程上下文，可以访问进程所有数据。而处理硬件中断的内核代码和进程是异步的，与任一个特定进程无关。

⑥一个驱动程序要执行两类任务：模块中的某些函数作为系统调用的一部分执行（实现用户API），而其他函数则负责中断处理。

⑦内核具有非常小的栈，可能只有4K大小页。我们自己的函数必须和整个内核空间调用链一同共享这个栈，如果需要大的结构，应该在调用时动态分配。

4.内核中的并发

linux2.6中内核代码已经是可抢占的。

①编写内核代码时，时刻铭记：同一时刻，可能会有许多事情正在发生。

②linux内核代码（包括驱动代码）必须是可重入的。

5.当前进程current

内核代码可通过访问全局项current来获得当前进程，current在中定义，是一个指向struct task_struct的指针。

在2.6中，current不再是一个全局变量，指向task_stuct结构的指针隐藏在内核栈中，current是一个可以获得这个结构的宏，包含即可引用。

#include <linux/sched.h>

printk(KERN_INFO"The process is \"%s\" (pid %i)\n",current->comm,current->pid);

6.编译和装载

对hello world模块，Makefile只要一行就可以了：obj-m := hello.o

如果要构造的模块名module.ko由两个源文件生成，file1.c,file2.c，则：

obj-m := module.o
module.o-objs := file1.o file2.o

装载：sudo insmod hello.ko

查看：lsmod

卸载：sudo rmmod hello

7.内核符号表

公共内核符号表中包含了所有的全局内核项（函数和变量）的地址，模块被装载后，它所导出的任何符号都会变成内核符号表的一部分。

模块层叠技术在复杂项目中非常有用，modprobe是处理层叠技术的一个使用工具，功能类似insmod.通过层叠技术，可以将模块划分为多个层，通过简化每个层，可缩短开发时间。

8.hello world模块代码分析

#include <linux/init.h>    //指定初始化和清除函数
#include <linux/module.h>  //包含可装载模块需要的大量符号和函数的定义
//所有模块代码中都包含这两行

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");//制定许可证，一般用"GPL"或者"Dual BSD/GPL"

static int __init hello_init(void)     //__init表示初始化函数执行完之后就释放内存
{
    printk(KERN_ALERT"hello,world.\n");
    return 0;
}
static void __exit hello_exit(void) //__exit表示在卸载是执行，编译器把这类函数放在特殊的ELF段中
{
    printk(KERN_ALERT"Goodbye,cruel world.\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);//

9.初始化过程中的错误处理
如果注册设施时遇到任何错误，首先判断模块是否可以继续初始化，通常，在某个注册失败后可以通过降低功能来继续运行。因此，只要可能，模块应该继续向前并尽可能提供功能。
若发生的特定类型错误之后无法继续装载模块，则出错之前的任何注册工作都要撤销（未撤销，内核可能不稳定）。
一个典型的错误处理模板
int __init my_init_function(void)
{
    int err;

    err = register_this(ptr1,"skull");
    if (err)
        goto fail_this;
    err = register_that(ptr2,"skull");
    if (err)
        goto fail_that;
    err = register_those(ptr3,"skull");
    if (err)
        goto fail_those

    return 0; // success

fail_those: unregister_that(ptr2,"skull");
fail_that:unreister_this(ptr1,"skull");
fail_this: return err;
}
清除函数撤销所有设施
void __exit my_cleanup_function(void)
{
    unregister_those(ptr3,"skull");
    unregister_that(ptr2,"skull");
    unregister_this(ptr1"skull");
    return;
}
一个典型的清除函数模板
struct something * item1;
struct something * item2;

void my_cleanup(void)
{
    if (item1)
        release_thing(item1);
    if (item2)
        release_thing2(item2);
    if (stuff_ok)
        unregister_stuff();
    return;
}

int __init my_init(void)
{
    int err = -ENOMEM;

    item1 = allocate_thing(arg);
    item2 = allocate_thing2(arg2);
    if (!item1||!item2)
        goto fail;
    err = register_stuff(item1,item2);
    if (!err)
        stuff_ok = 1;
    else goto fail;
    retrun 0;
fail:
    my_cleanup();
    return err;
}
这种方式的初始化能够很好地扩展到对大量设施的支持。
模块装载竞争：在用来支持某个设施的所有内部初始化完成之前，不要注册任何设施。
10.模块参数
内核允许对驱动程序指定参数，而这些参数可在装载驱动程序模块时改变。 

static char *whom = "world";
static int howmany = 10;
module_param(howmany,int ,S_IRUGO);
module_param(whom,charp,S_IRUGO);
module_param(name,type,num,perm);
name--数组名字
type--数组元素类型
num--数组个数
perm--访问许可值
insmod hello.ko whom=yuyunbo howmany=5
模块装载器会拒绝接受超过数组大小的值

module_init(init_function);

module_exit(cleanup_function);

用于指定模块的初始化和清除函数的宏。

__init,__initdata,__exit,__exitdata

仅用于模块初始化或清除阶段的函数(__init和_exit)和数据(__initdta和__exitdata)标记。

#include

最重要的头文件之一，该文件包含驱动程序使用的大部分内核API的定义，包括睡眠函数以及各种变量声明。

struct task_struct *current;

当前进程

current->pid

current->com

当前进程的进程ID和命令名。

obj-m

由内核构造系统使用的makefile的符号，用来确定当前目录中应构造那些模块

/sys/module是sysfs目录层次结构中包含当前已装载模块信息的目录

/proc/modules是早期的用法，在单个文件中包含模块名称，每个模块内存总量以及引用计数等。

vermagic.o内核源代码目录中的一个目标文件，描述了模块的构造环境。

#include

必须的头文件，它必须包含在模块源代码中。

#include 包含说构造内核版本信息的头文件。

LINUX_VERSION_CODE整数宏，用在处理版本以来的预处理条件语句中。

EXPORT_SYMBOL (symbol);导出单个符号到内核的宏

EXPORT_SYMBOL_GPL(symbol);仅用于GPL许可证下的模块

MODULE_AUTHOR(author)；

MODULE_DESCRIPTION(desctiption);

MODULE_VERSION(version_string);

MODULE_DEVICE_TABLE(table_info);

MODULE_ALIAS(alternate_name);

在目标文件中添加关于模块的文档信息。

module_init(init_function);

module_exit(exit_function);

声明模块初始化和清除函数的宏

#include

module_param(variable,type,perm);

用来创建函数模块的宏，在装载模块时调整参数

#include

int printk(const char * fmt,...);

函数printf的内核代码