Linux內(nèi)核模塊的概念和基本的編程方法

標(biāo)簽： Linux內(nèi)核模塊 2013-06-14 18:29 1864人閱讀 評論(0) 收藏 舉報 分類： linux內(nèi)核（34）

版權(quán)聲明：本文為博主原創(chuàng)文章，未經(jīng)博主允許不得轉(zhuǎn)載。

Linux設(shè)備驅(qū)動會以內(nèi)核模塊的形式出現(xiàn)，因此，學(xué)會編寫Linux內(nèi)核模塊編程是學(xué)習(xí)Linux設(shè)備驅(qū)動的先決條件。
4.1~4.2節(jié)講解了Linux內(nèi)核模塊的概念和結(jié)構(gòu)，4.3～4.8節(jié)對Linux內(nèi)核模塊的各個組成部分進行了展現(xiàn)，4.1～4.2與4.3～4.8節(jié)是整體與部分的關(guān)系。
4.9節(jié)說明了獨立存在的Linux內(nèi)核模塊的Makefile文件編寫方法和模塊的編譯方法。
4.1 Linux內(nèi)核模塊簡介Linux內(nèi)核的整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常龐大，而其包含的組件也非常多。我們怎樣把需要的部分都包含在內(nèi)核中呢？
一種方法是把所有需要的功能都編譯到Linux內(nèi)核。這會導(dǎo)致兩個問題，一是生成的內(nèi)核會很大，二是如果我們要在現(xiàn)有的內(nèi)核中新增或刪除功能，將不得不重新編譯內(nèi)核。?
有沒有一種機制使得編譯出的內(nèi)核本身并不需要包含所有功能，而在這些功能需要被使用的時候，其對應(yīng)的代碼被動態(tài)地加載到內(nèi)核中呢？
答案是肯定的，Linux提供了這樣的一種機制，這種機制被稱為模塊（Module）。模塊具有這樣的特點：
·? 模塊本身不被編譯入內(nèi)核映像，這控制了內(nèi)核的大小。
·? 模塊一旦被加載，它就和內(nèi)核中的其它部分完全一樣。
為了建立讀者對模塊的初步感性認識，我們先來看一個最簡單的內(nèi)核模塊“Hello World”，如代碼清單4.1。
代碼清單4.1?一個最簡單的Linux內(nèi)核模塊
1? #include <linux/init.h>
2? #include <linux/module.h>
3? MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
4? static int hello_init(void)
5? {
6??? printk(KERN_INFO " Hello World enter\n");
7??? return 0;
8? }
9? static void hello_exit(void)
10 {
11?? printk(KERN_INFO " Hello World exit\n ");
12 }
13 module_init(hello_init);
14 module_exit(hello_exit);
15?
16 MODULE_AUTHOR("Song Baohua");
17 MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World Module");
18 MODULE_ALIAS("a simplest module");
這個最簡單的內(nèi)核模塊只包含內(nèi)核模塊加載函數(shù)、卸載函數(shù)和對Dual BSD/GPL許可權(quán)限的聲明以及一些描述信息。編譯它會產(chǎn)生hello.ko目標(biāo)文件，通過“insmod ./hello.ko”命令可以加載它，通過“rmmod hello”命令可以卸載它，加載時輸出“Hello World enter”，卸載時輸出“Hello World exit”。
內(nèi)核模塊中用于輸出的函數(shù)是內(nèi)核空間的printk()而非用戶空間的printf()，printk()的用法和printf()基本相似，但前者可定義輸出級別。printk()可作為一種最基本的內(nèi)核調(diào)試手段，在Linux驅(qū)動的調(diào)試章節(jié)中將詳細講解這個函數(shù)。
在Linux中，使用lsmod命令可以獲得系統(tǒng)中加載了的所有模塊以及模塊間的依賴關(guān)系，例如：
[root@localhost driver_study]# lsmod
Module????????????????? Size?? Used by
hello??????????????????? 1568??? 0?
ohci1394??????????????? 32716?? 0?
ide_scsi???????????????? 16708?? 0?
ide_cd????????????????? 39392?? 0?
cdrom????????????????? 36960?? 1 ide_cd
lsmod命令實際上讀取并分析“/proc/modules”文件，與上述lsmod命令結(jié)果對應(yīng)的“/proc/modules”文件如下：
[root@localhost driver_study]# cat /proc/modules?
hello 1568 0 - Live 0xc8859000
ohci1394 32716 0 - Live 0xc88c8000
ieee1394 94420 1 ohci1394, Live 0xc8840000
ide_scsi 16708 0 - Live 0xc883a000
ide_cd 39392 0 - Live 0xc882f000
cdrom 36960 1 ide_cd, Live 0xc8876000
內(nèi)核中已加載模塊的信息也存在于/sys/module目錄下，加載hello.ko后，內(nèi)核中將包含/sys/module/hello目錄，該目錄下又包含一個refcnt文件和一個sections目錄，在/sys/module/hello目錄下運行tree –a得到如下目錄樹：?
[root@localhost hello]# tree -a
.
|-- refcnt
`-- sections
??? |-- .bss
??? |-- .data
??? |-- .gnu.linkonce.this_module
??? |-- .rodata
??? |-- .rodata.str1.1
??? |-- .strtab
??? |-- .symtab
??? |-- .text
??? `-- __versions
?????? modprobe命令比insmod命令要強大，它在加載某模塊時，會同時加載該模塊所依賴的其它模塊。使用modprobe命令加載的模塊若以“modprobe -r filename”的方式卸載將同時卸載其依賴的模塊。
?????? 使用modinfo <模塊名>命令可以獲得模塊的信息，包括模塊作者、模塊的說明、模塊所支持的參數(shù)以及vermagic：
[root@localhost driver_study]# modinfo hello.ko
filename:?????? hello.ko
license:??????? Dual BSD/GPL
author:???????? Song Baohua
description:??? A simple Hello World Module
alias:????????? a simplest module
vermagic:?????? 2.6.15.5 686 gcc-3.2
depends:???
4.2 Linux內(nèi)核模塊程序結(jié)構(gòu)一個Linux內(nèi)核模塊主要由如下幾個部分組成：
?????? ·? 模塊加載函數(shù)（一般需要）
?????? 當(dāng)通過insmod或modprobe命令加載內(nèi)核模塊時，模塊的加載函數(shù)會自動被內(nèi)核執(zhí)行，完成本模塊的相關(guān)初始化工作。
·? 模塊卸載函數(shù)（一般需要）
當(dāng)通過rmmod命令卸載某模塊時，模塊的卸載函數(shù)會自動被內(nèi)核執(zhí)行，完成與模塊卸載函數(shù)相反的功能。
·? 模塊許可證聲明（必須）
許可證（LICENSE）聲明描述內(nèi)核模塊的許可權(quán)限，如果不聲明LICENSE，模塊被加載時，將收到內(nèi)核被污染 （kernel tainted）的警告。
在Linux 2.6內(nèi)核中，可接受的LICENSE包括“GPL”、“GPL v2”、“GPL and additional rights”、“Dual BSD/GPL”、“Dual MPL/GPL”和“Proprietary”。
大多數(shù)情況下，內(nèi)核模塊應(yīng)遵循GPL兼容許可權(quán)。Linux 2.6內(nèi)核模塊最常見的是以MODULE_LICENSE( "Dual BSD/GPL" )語句聲明模塊采用BSD/GPL雙LICENSE。
·? 模塊參數(shù)（可選）
模塊參數(shù)是模塊被加載的時候可以被傳遞給它的值，它本身對應(yīng)模塊內(nèi)部的全局變量。
·? 模塊導(dǎo)出符號（可選）
內(nèi)核模塊可以導(dǎo)出符號（symbol，對應(yīng)于函數(shù)或變量），這樣其它模塊可以使用本模塊中的變量或函數(shù)。
·? 模塊作者等信息聲明（可選）
4.3模塊加載函數(shù)Linux內(nèi)核模塊加載函數(shù)宜被以__init標(biāo)識聲明，典型的模塊加載函數(shù)的形式如代碼清單4.2所示。
代碼清單4.2?內(nèi)核模塊加載函數(shù)
1??? static int __init initialization_function(void)
2??? {?????
3??? /* 初始化代碼 */
4??? }
5??? module_init(initialization_function);
模塊加載函數(shù)必須以“module_init(函數(shù)名)”的形式被指定。它返回整型值，若初始化成功，應(yīng)返回0。而在初始化失敗時，應(yīng)該返回錯誤編碼。在Linux內(nèi)核里，錯誤編碼是一個負值，在<linux/errno.h>中定義，包含-ENODEV、-ENOMEM之類的符號值。總是返回相應(yīng)的錯誤編碼是種非常好的習(xí)慣，因為只有這樣，用戶程序才可以利用perror等方法把它們轉(zhuǎn)換成有意義的錯誤信息字符串。
在Linux 2.6內(nèi)核中，可以使用request_module(const char *fmt, …)函數(shù)加載內(nèi)核模塊，驅(qū)動開發(fā)人員可以通過調(diào)用
request_module(module_name);?
或
request_module("char-major-%d-%d", MAJOR(dev), MINOR(dev));
這種靈活的方式加載其它內(nèi)核模塊。
在Linux中，所有標(biāo)識為__init的函數(shù)在連接的時候都放在.init.text這個區(qū)段內(nèi)，此外，所有的__init函數(shù)在區(qū)段.initcall.init中還保存了一份函數(shù)指針，在初始化時內(nèi)核會通過這些函數(shù)指針調(diào)用這些__init函數(shù)，并在初始化完成后，釋放init區(qū)段（包括.init.text，.initcall.init等）。
4.4模塊卸載函數(shù)?????? Linux內(nèi)核模塊加載函數(shù)宜被以__exit標(biāo)識聲明，典型的模塊卸載函數(shù)的形式如代碼清單4.3所示。
代碼清單4.3?內(nèi)核模塊卸載函數(shù)
1???? static void __exit cleanup_function(void)
2???? {
3???? /* 釋放代碼 */
4???? }
5???? module_exit(cleanup_function);
模塊卸載函數(shù)在模塊卸載的時候執(zhí)行，不返回任何值，必須以“module_exit(函數(shù)名)”的形式來指定。
通常來說，模塊卸載函數(shù)要完成與模塊加載函數(shù)相反的功能，例如：
·? 若模塊加載函數(shù)注冊了XXX，則模塊卸載函數(shù)應(yīng)該注銷XXX。
·? 若模塊加載函數(shù)動態(tài)申請了內(nèi)存，則模塊卸載函數(shù)應(yīng)釋放該內(nèi)存
·? 若模塊加載函數(shù)申請了硬件資源（中斷、DMA通道、I/O端口和I/O內(nèi)存等）的占用，則模塊卸載函數(shù)應(yīng)釋放這些硬件資源。
·? 若模塊加載函數(shù)開啟了硬件，則卸載函數(shù)中一般要關(guān)閉之。
和__init一樣，__exit也可以使對應(yīng)函數(shù)在運行完成后自動回收內(nèi)存。實際上，__init和__exit都是宏，其定義分別為：
#define __init??????? __attribute__ ((__section__ (".init.text")))
和
#ifdef MODULE
#define __exit??????? __attribute__ ((__section__(".exit.text")))
#else
#define __exit??????? __attribute_used__ __attribute__ ((__section__(".exit.text")))
#endif
數(shù)據(jù)也可以被定義為__initdata和__exitdata，這兩個宏分別為：
#define __initdata?? __attribute__ ((__section__ (".init.data")))
和
#define __exitdata? __attribute__ ((__section__(".exit.data")))
4.5模塊參數(shù)我們可以用“module_param(參數(shù)名,參數(shù)類型,參數(shù)讀/寫權(quán)限)”為模塊定義一個參數(shù)，例如下列代碼定義了1個整型參數(shù)和1個字符指針參數(shù)：
static char *book_name = "深入淺出Linux設(shè)備驅(qū)動";
static int num = 4000;
module_param(num, int, S_IRUGO);
module_param(book_name, charp, S_IRUGO);
在裝載內(nèi)核模塊時，用戶可以向模塊傳遞參數(shù)，形式為“insmode（或modprobe）模塊名 參數(shù)名=參數(shù)值”，如果不傳遞，參數(shù)將使用模塊內(nèi)定義的缺省值。
參數(shù)類型可以是byte、short、ushort、int、uint、long、ulong、charp（字符指針）、bool 或invbool（布爾的反），在模塊被編譯時會將module_param中聲明的類型與變量定義的類型進行比較，判斷是否一致。
模塊被加載后，在/sys/module/目錄下將出現(xiàn)以此模塊名命名的目錄。當(dāng)“參數(shù)讀/寫權(quán)限”為0時，表示此參數(shù)不存在sysfs文件系統(tǒng)下對應(yīng)的文件節(jié)點，如果此模塊存在“參數(shù)讀/寫權(quán)限”不為0的命令行參數(shù)，在此模塊的目錄下還將出現(xiàn)parameters目錄，包含一系列以參數(shù)名命名的文件節(jié)點，這些文件的權(quán)限值就是傳入module_param()的“參數(shù)讀/寫權(quán)限”，而文件的內(nèi)容為參數(shù)的值。
除此之外，模塊也可以擁有參數(shù)數(shù)組，形式為“module_param_array(數(shù)組名,數(shù)組類型,數(shù)組長,參數(shù)讀/寫權(quán)限)”。從2.6.0至2.6.10 版本，須將數(shù)組長變量名賦給“數(shù)組長”，從2.6.10 版本開始，須將數(shù)組長變量的指針賦給“數(shù)組長”，當(dāng)不需要保存實際輸入的數(shù)組元素個數(shù)時，可以設(shè)置“數(shù)組長”為NULL。
運行insmod或modprobe命令時，應(yīng)使用逗號分隔輸入的數(shù)組元素。
現(xiàn)在我們定義一個包含2個參數(shù)的模塊（如代碼清單4.4），并觀察模塊加載時被傳遞參數(shù)和不傳遞參數(shù)時的輸出。?
代碼清單4.4?帶參數(shù)的內(nèi)核模塊
1? #include <linux/init.h>????
2? #include <linux/module.h>?
3? MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");????????????????????????????????
4??
5? static char *book_name = "dissecting Linux Device Driver";?????
6? static int num = 4000;????
7????????
8? static int book_init(void)???????????
9? {????????????????????????????????
10??? printk(KERN_INFO " book name:%s\n",book_name);????????????????????????
11??? printk(KERN_INFO " book num:%d\n",num);???????????????????????????????
12??? return 0;????????????????????????????????
13 }????????????????????????????????
14 static void book_exit(void)????????????????????????????????
15 {????????????????????????????????
16?? printk(KERN_INFO " Book module exit\n ");????????????????????????????
17 }????????????????????????????????
18 module_init(book_init);????????????????????????????????
19 module_exit(book_exit);????????????????????????????????
20 module_param(num, int, S_IRUGO);????????????????????????????????
21 module_param(book_name, charp, S_IRUGO);
22?????????????????????????????????
23 MODULE_AUTHOR("Song Baohua, author@linuxdriver.cn");
24 MODULE_DESCRIPTION("A simple Module for testing module params");
25 MODULE_VERSION("V1.0");
對上述模塊運行“insmod book.ko”命令加載，相應(yīng)輸出都為模塊內(nèi)的默認值，通過察看“/var/log/messages”日志文件可以看到內(nèi)核的輸出：
[root@localhost driver_study]# tail -n 2 /var/log/messages
Jul? 2 01:03:10 localhost kernel:? <6> book name:dissecting Linux Device Driver
Jul? 2 01:03:10 localhost kernel:? book num:4000
當(dāng)用戶運行“insmod book.ko book_name=’GoodBook’ num=5000”命令時，輸出的是用戶傳遞的參數(shù)：
[root@localhost driver_study]# tail -n 2 /var/log/messages
Jul? 2 01:06:21 localhost kernel:? <6> book name:GoodBook
Jul? 2 01:06:21 localhost kernel:? book num:5000
4.6導(dǎo)出符號Linux 2.6的“/proc/kallsyms”文件對應(yīng)著內(nèi)核符號表，它記錄了符號以及符號所在的內(nèi)存地址。
模塊可以使用如下宏導(dǎo)出符號到內(nèi)核符號表：
EXPORT_SYMBOL(符號名);
EXPORT_SYMBOL_GPL(符號名);
?????? 導(dǎo)出的符號將可以被其它模塊使用，使用前聲明一下即可。EXPORT_SYMBOL_GPL()只適用于包含GPL許可權(quán)的模塊。代碼清單4.5給出了一個導(dǎo)出整數(shù)加、減運算函數(shù)符號的內(nèi)核模塊的例子（這些導(dǎo)出符號毫無實際意義，僅僅只是為了演示）。
代碼清單4.5?內(nèi)核模塊中的符號導(dǎo)出
1? #include <linux/init.h>????????????????????????????????
2? #include <linux/module.h>????????????????????????????????
3? MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");????????????????????????????????
4??????????????????????????????????
5? int add_integar(int a,int b)????????????????????????????????
6? {????????????????????????????????
7? return a+b;?????????????????????????????
8? }?
9?????????????????????????????????
10 int sub_integar(int a,int b)????????????????????????????????
11 {????????????????????????????????
12?? return a-b;?????????????????????????????
13 }????????????????????????????
14?
15 EXPORT_SYMBOL(add_integar);
16 EXPORT_SYMBOL(sub_integar);
?????? 從“/proc/kallsyms”文件中找出add_integar、sub_integar相關(guān)信息：
[root@localhost driver_study]# cat /proc/kallsyms | grep integar
c886f050 r __kcrctab_add_integar??????? [export]
c886f058 r __kstrtab_add_integar??????? [export]
c886f070 r __ksymtab_add_integar??????? [export]
c886f054 r __kcrctab_sub_integar??????? [export]
c886f064 r __kstrtab_sub_integar??????? [export]
c886f078 r __ksymtab_sub_integar??????? [export]
c886f000 T add_integar? [export]
c886f00b T sub_integar? [export]
13db98c9 a __crc_sub_integar??? [export]
e1626dee a __crc_add_integar??? [export]
4.7模塊聲明與描述在Linux內(nèi)核模塊中，我們可以用MODULE_AUTHOR、MODULE_DESCRIPTION、MODULE_VERSION、MODULE_DEVICE_TABLE、MODULE_ALIAS分別聲明模塊的作者、描述、版本、設(shè)備表和別名，例如：
MODULE_AUTHOR(author);
MODULE_DESCRIPTION(description);
MODULE_VERSION(version_string);
MODULE_DEVICE_TABLE(table_info);
MODULE_ALIAS(alternate_name);
對于USB、PCI等設(shè)備驅(qū)動，通常會創(chuàng)建一個MODULE_DEVICE_TABLE，如代碼清單4.6。
代碼清單4.6?驅(qū)動所支持的設(shè)備列表
1 /* 對應(yīng)此驅(qū)動的設(shè)備表 */?
2 static struct usb_device_id skel_table [] = {?
3 { USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID,?
4??? USB_SKEL_PRODUCT_ID) },?
5?? { } /* 表結(jié)束 */?
6 };?
7?
8 MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table);
此時，并不需要讀者理解MODULE_DEVICE_TABLE的作用，后續(xù)相關(guān)章節(jié)會有詳細介紹。
4.8模塊的使用計數(shù)2.4內(nèi)核中，模塊自身通過MOD_INC_USE_COUNT、MOD_DEC_USE_COUNT宏來管理自己被使用的計數(shù)。
Linux 2.6內(nèi)核提供了模塊計數(shù)管理接口try_module_get(&module)和module_put (&module)，從而取代2.4中的模塊使用計數(shù)管理宏。模塊的使用計數(shù)一般不必由模塊自身管理，而且模塊計數(shù)管理還考慮了SMP與PREEMPT機制的影響。
int try_module_get(struct module *module);
該函數(shù)用于增加模塊使用計數(shù)；若返回為0，表示調(diào)用失敗，希望使用的模塊沒有被加載或正在被卸載中。
void module_put(struct module *module);
該函數(shù)用于減少模塊使用計數(shù)。
try_module_get ()與module_put()的引入與使用與2.6內(nèi)核下的設(shè)備模型密切相關(guān)。Linux 2.6內(nèi)核為不同類型的設(shè)備定義了struct module *owner域，用來指向管理此設(shè)備的模塊。當(dāng)開始使用某個設(shè)備時，內(nèi)核使用try_module_get(dev->owner)去增加管理此設(shè)備的owner模塊的使用計數(shù)；當(dāng)不再使用此設(shè)備時，內(nèi)核使用module_put(dev->owner)減少對管理此設(shè)備的owner模塊的使用計數(shù)。這樣，當(dāng)設(shè)備在使用時，管理此設(shè)備的模塊將不能被卸載。只有當(dāng)設(shè)備不再被使用時，模塊才允許被卸載。
在Linux 2.6內(nèi)核下，對于設(shè)備驅(qū)動工程師而言，很少需要親自調(diào)用try_module_get()與module_put()，因為此時開發(fā)人員所寫的驅(qū)動通常為支持某具體設(shè)備的owner模塊，對此設(shè)備owner模塊的計數(shù)管理由內(nèi)核里更底層的代碼如總線驅(qū)動或是此類設(shè)備共用的核心模塊來實現(xiàn)，從而簡化了設(shè)備驅(qū)動開發(fā)。
4.9模塊的編譯?????? 我們可以為代碼清單4.1的模板編寫一個簡單的Makefile：
obj-m := hello.o
并使用如下命令編譯Hello World模塊：
make -C /usr/src/linux-2.6.15.5/ M=/driver_study/ modules
?????? 如果當(dāng)前處于模塊所在的目錄，則以下命令與上述命令同等：
???????? make –C /usr/src/linux-2.6.15.5 M=$(pwd) modules
?????? 其中-C后指定的是Linux內(nèi)核源代碼的目錄，而M=后指定的是hello.c和Makefile所在的目錄，編譯結(jié)果如下：
[root@localhost driver_study]# make -C /usr/src/linux-2.6.15.5/ M=/driver_study/ modules
make: Entering directory `/usr/src/linux-2.6.15.5'
? CC

? /driver_study/hello.o

/driver_study/hello.c:18:35: warning: no newline at end of file
? Building modules, stage 2.
? MODPOST
? CC????? /driver_study/hello.mod.o
? LD

? /driver_study/hello.ko

make: Leaving directory `/usr/src/linux-2.6.15.5'
從中可以看出，編譯過程中，經(jīng)歷了這樣的步驟：先進入Linux內(nèi)核所在的目錄，并編譯出hello.o文件，運行MODPOST會生成臨時的hello.mod.c文件，而后根據(jù)此文件編譯出hello.mod.o，之后連接hello.o和hello.mod.o文件得到模塊目標(biāo)文件hello.ko，最后離開Linux內(nèi)核所在的目錄。
?????? 中間生成的hello.mod.c文件的源代碼如代碼清單4.7所示。
代碼清單4.7?模塊編譯時生成的.mod.c文件
1??? #include <linux/module.h>
2??? #include <linux/vermagic.h>
3??? #include <linux/compiler.h>
4????
5??? MODULE_INFO(vermagic, VERMAGIC_STRING);
6????
7??? struct module __this_module
8??? __attribute__((section(".gnu.linkonce.this_module"))) = {
9???? .name = KBUILD_MODNAME,
10??? .init = init_module,
11??? #ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD
12??? .exit = cleanup_module,
13??? #endif
14??? };
15????
16??? static const char __module_depends[]
17??? __attribute_used__
18??? __attribute__((section(".modinfo"))) =
19??? "depends=";
hello.mod.o產(chǎn)生了ELF（Linux所采用的可執(zhí)行/可連接的文件格式）的2個節(jié)，即modinfo和.gun.linkonce.this_module。
如果一個模塊包括多個.c文件（如file1.c、file2.c），則應(yīng)該以如下方式編寫Makefile：
obj-m := modulename.o
modulename-objs := file1.o file2.o
4.10使用模塊繞開GPL?????? 對于企業(yè)自己編寫的驅(qū)動等內(nèi)核代碼，如果不編譯為模塊則無法繞開GPL，編譯為模塊后企業(yè)在產(chǎn)品中使用模塊，則公司對外不再需要提供對應(yīng)的源代碼，為了使公司產(chǎn)品所使用的Linux操作系統(tǒng)支持模塊，需要完成如下工作：
· 在內(nèi)核編譯時應(yīng)該選上“可以加載模塊”，嵌入式產(chǎn)品一般不需要動態(tài)卸載模塊，所以“可以卸載模塊”不用選，當(dāng)然選了也沒關(guān)系，如圖4.1。

圖4.1?內(nèi)核中支持模塊的編譯選項

如果有項目被選擇“M”，則編譯時除了make bzImage或zImage以外，也要make modules。
· 將我們編譯的內(nèi)核模塊.ko文件應(yīng)該放置在目標(biāo)文件系統(tǒng)的相關(guān)目錄中。
· 產(chǎn)品的文件系統(tǒng)中應(yīng)該包含了支持新內(nèi)核的insmod、lsmod、rmmod等工具，由于嵌入式產(chǎn)品中一般不需要建立模塊間依賴關(guān)系，所以modprobe可以不要，一般也不需要卸載模塊，所以rmmod也可以不要。?
· 在使用中用戶可使用insmod命令手動加載模塊，如insmod xxx.ko。
?????? · 但是一般而言，產(chǎn)品在啟動過程中應(yīng)該加載模塊，在嵌入式產(chǎn)品Linux的啟動過程中，加載企業(yè)自己的模塊的最簡單的方法是修改啟動過程的rc腳本，增加insmod /.../xxx.ko這樣的命令。
如某設(shè)備正在使用的Linux系統(tǒng)中的rc腳本是這樣的：?
mount /proc
mount /var
mount /dev/pts
mkdir /var/log
mkdir /var/run
mkdir /var/ftp
mkdir -p /var/spool/cron
mkdir /var/config
...
insmod /usr/lib/company_driver.ko 2> /dev/null
/usr/bin/userprocess
/var/config/rc
總結(jié)?????? 本章主要講解了Linux內(nèi)核模塊的概念和基本的編程方法。內(nèi)核模塊由加載/卸載函數(shù)、功能函數(shù)以及一系列聲明組成，它可以被傳入?yún)?shù)，也可以導(dǎo)出符號供其它模塊使用。
由于Linux設(shè)備驅(qū)動以內(nèi)核模塊的形式而存在，因此，掌握這一章的內(nèi)容是編寫任何類型設(shè)備驅(qū)動的必須。在具體的設(shè)備驅(qū)動開發(fā)中，將驅(qū)動編譯為模塊也有很強的工程意義，因為如果將正在開發(fā)中的驅(qū)動直接編譯入內(nèi)核，而開發(fā)過程中會不斷修改驅(qū)動的代碼，則需要不斷的編譯內(nèi)核并重啟Linux，但是如果編譯為模塊，則只需要rmmod并insmod即可，開發(fā)效率為大為提高

在soundcore_open打開/dev/dsp節(jié)點函數(shù)中會調(diào)用到下面的:
??? request_module("sound-slot-%i", unit>>4);
函數(shù),這表示,讓linux系統(tǒng)的用戶空間調(diào)用/sbin/modprobe函數(shù)加載名為sound-slot-0.ko模塊
#define request_module(mod...) __request_module(true, mod)
#define request_module_nowait(mod...) __request_module(false, mod)

luther@gliethttp:~$ cat /proc/sys/kernel/modprobe?
/sbin/modprobe
我們也可以向/proc/sys/kernel/modprobe添加新的modprobe應(yīng)用程序路徑,這里的/sbin/modprobe是內(nèi)核默認路徑.

/**
?* __request_module - try to load a kernel module?????? // 嘗試加載一個ko模塊[luther.gliethttp]
?* @wait: wait (or not) for the operation to complete
?* @fmt: printf style format string for the name of the module
?* @...: arguments as specified in the format string
?*
?* Load a module using the user mode module loader. The function returns
?* zero on success or a negative errno code on failure. Note that a
?* successful module load does not mean the module did not then unload
?* and exit on an error of its own. Callers must check that the service
?* they requested is now available not blindly invoke it.
?*
?* If module auto-loading support is disabled then this function
?* becomes a no-operation.
?*/
int __request_module(bool wait, const char *fmt, ...)
{
?? ?va_list args;
?? ?char module_name[MODULE_NAME_LEN];
?? ?unsigned int max_modprobes;
?? ?int ret;
// char modprobe_path[KMOD_PATH_LEN] = "/sbin/modprobe";
?? ?char *argv[] = { modprobe_path, "-q", "--", module_name, NULL };
?? ?static char *envp[] = { "HOME=/",
?? ??? ??? ??? ?"TERM=linux",
?? ??? ??? ??? ?"PATH=/sbin:/usr/sbin:/bin:/usr/bin",
?? ??? ??? ??? ?NULL }; // 環(huán)境變量.
?? ?static atomic_t kmod_concurrent = ATOMIC_INIT(0);
#define MAX_KMOD_CONCURRENT 50?? ?/* Completely arbitrary value - KAO */
?? ?static int kmod_loop_msg;

?? ?va_start(args, fmt);
?? ?ret = vsnprintf(module_name, MODULE_NAME_LEN, fmt, args);?? // 生成module名,這里就是sound-slot-0
?? ?va_end(args);
?? ?if (ret >= MODULE_NAME_LEN)
?? ??? ?return -ENAMETOOLONG;

?? ?/* If modprobe needs a service that is in a module, we get a recursive? // 對遞歸循環(huán)的一個硬性限制
?? ? * loop.? Limit the number of running kmod threads to max_threads/2 or? // 最多同時運行max_modprobes個modprobe用戶程序
?? ? * MAX_KMOD_CONCURRENT, whichever is the smaller.? A cleaner method???? // 如果超過,那么__request_module返回-ENOMEM
?? ? * would be to run the parents of this process, counting how many times // [luther.gliethttp]
?? ? * kmod was invoked.? That would mean accessing the internals of the
?? ? * process tables to get the command line, proc_pid_cmdline is static
?? ? * and it is not worth changing the proc code just to handle this case.?
?? ? * KAO.
?? ? *
?? ? * "trace the ppid" is simple, but will fail if someone's
?? ? * parent exits.? I think this is as good as it gets. --RR
?? ? */
?? ?max_modprobes = min(max_threads/2, MAX_KMOD_CONCURRENT);??? // 最多同時運行max_modprobes個modprobe用戶程序
?? ?atomic_inc(&kmod_concurrent);
?? ?if (atomic_read(&kmod_concurrent) > max_modprobes) {
?? ??? ?/* We may be blaming an innocent here, but unlikely */
?? ??? ?if (kmod_loop_msg++ < 5)
?? ??? ??? ?printk(KERN_ERR
?? ??? ??? ??????? "request_module: runaway loop modprobe %s\n",
?? ??? ??? ??????? module_name);
?? ??? ?atomic_dec(&kmod_concurrent);?????????????????????????? // 消除前面atomic_inc產(chǎn)生的引用
?? ??? ?return -ENOMEM;???????????????????????????????????????? // 返回錯誤[luther.gliethttp]
?? ?}

?? ?ret = call_usermodehelper(modprobe_path, argv, envp,??????? // 執(zhí)行用戶空間的應(yīng)用程序/sbin/modprobe
?? ??? ??? ?wait ? UMH_WAIT_PROC : UMH_WAIT_EXEC);
?? ?atomic_dec(&kmod_concurrent);?????????????????????????????? // 消除atomic_inc產(chǎn)生的引用
?? ?return ret;
}
EXPORT_SYMBOL(__request_module);

1. MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table);
該宏生成一個名為__mod_pci_device_table的局部變量，該變量指向第二個參數(shù)。內(nèi)核構(gòu)建時，depmod程序會在所有模塊中搜索符號__mod_pci_device_table，把數(shù)據(jù)（設(shè)備列表）從模塊中抽出，添加到映射文件/lib/modules/KERNEL_VERSION/modules.pcimap中，當(dāng)depmod結(jié)束之后，所有的PCI設(shè)備連同他們的模塊名字都被該文件列出。當(dāng)內(nèi)核告知熱插拔系統(tǒng)一個新的PCI設(shè)備被發(fā)現(xiàn)時，熱插拔系統(tǒng)使用modules.pcimap文件來找尋恰當(dāng)?shù)尿?qū)動程序。?

MODULE_DEVICE_TABLE的第一個參數(shù)是設(shè)備的類型，如果是USB設(shè)備，那自然是usb（如果是PCI設(shè)備，那將是pci，這兩個子系統(tǒng)用同一個宏來注冊所支持的設(shè)備）。后面一個參數(shù)是設(shè)備表，這個設(shè)備表的最后一個元素是空的，用于標(biāo)識結(jié)束。例：假如代碼定義了USB_SKEL_VENDOR_ID是 0xfff0，USB_SKEL_PRODUCT_ID是0xfff0，也就是說，當(dāng)有一個設(shè)備接到集線器時，usb子系統(tǒng)就會檢查這個設(shè)備的 vendor?ID和product ID，如果他們的值是0xfff0時，那么子系統(tǒng)就會調(diào)用這個模塊作為設(shè)備的驅(qū)動。

2. 其他相關(guān)宏的定義?? ? ?

這些宏定義在<linux/module.h>下

1）MODULE_AUTHOR(name)?定義驅(qū)動的編程者，name為string

2）MODULE_LICENSE(license)?定義驅(qū)動的license，一般為GPL，或相關(guān)公司的license

3）MODULE_DESCRIPTION(desc)?對驅(qū)動程序的描述，string

4）MODULE_SUPPORTED_DEVICE(name)?驅(qū)動程序所支持的設(shè)備，string

5）MODULE_PARM(var,type)

提供在運行時通過控制臺將參數(shù)傳遞給模塊(在insmod時)。如果我們想用這個宏來傳遞命令行參數(shù),那么在我們的模塊中定義一個全局變量.在insmod模塊時,便可以用參數(shù)的形式,將具體的實參傳遞給模塊中的那個全局變量.
MODULE_PARM(name,type)有兩個參數(shù),一個是這個全局變量的名稱,另一個是這個全局變量的類型.
而他的類型有一下幾種:
b:比特型
h:短整型
i:整型
l:長整型
s:字符串型
在傳遞字符串型的參數(shù)時，這個全局變量需要在模塊中用Char *來聲明！insmod會自動為其分配內(nèi)存空間。
例如:
int a = 3;
char *st;
MODULE_PARM(a,”i”);
MODULE_PARM(st,”s”);
在insmod是我們加這樣的參數(shù)：
insmode a.o “a = 3″, “st = hello world”

這里最重要的是，MODULE_PARM()也支持我們最常用的數(shù)組類型。用短線‘-’把兩個數(shù)字分開，分別表示數(shù)組參數(shù)中的最小位數(shù)和最大位數(shù)。例如：
int array[8];
MODULE_PARM(array,”1-8i”);
在命令行我們使用加這樣的參數(shù):
insmod a.o “array = 38745,123,4000″?

在那些模塊編程時，我們往往給這些全局變量以默認值，如果我們才insmod時沒有傳入?yún)?shù)時，模塊會使用這些默認值，而如果我們傳入?yún)?shù)時，這些默認值便被覆蓋掉。

6）MODULE_PARM_DESC(var,desc)?對變量的描述

7）GPL_HEADER()

8）THIS_MODULE?指向全局變量?__this_module?（struct module）的指針。

9）系統(tǒng)對每個模塊維護一個usage counter，以便決定何時可以安全的卸載模塊。

下面的宏用來對該usage counter操作，usage counter可以通過/proc/modules文件查看

MOD_INC_USE_COUNT?

MOD_DEC_USE_COUNT

MOD_IN_USE

MODULE_DEVICE_TABLE

10）EXPORT_SYMTAB?預(yù)處理宏，當(dāng)在程序中用EXPORT_SYMBOL等宏時需要定義該宏。例如，可以在Makefile中定義：-DEXPORT_SYMTAB

__EXPORT_SYMBOL(sym,str)

EXPORT_SYMBOL(var)

11）EXPORT_SYMBOL_NOVERS(var)?導(dǎo)出一個符合到內(nèi)核符號表，導(dǎo)出后，該符合可以供其他模塊使用。這個宏有助于編寫驅(qū)動程序時清楚的劃分出層次。可以通過/proc/ksyms文件或ksyms命令查看內(nèi)核符號表。EXPORT_SYMBOL_NOVERS(var)，導(dǎo)出是不帶版本信息。在使用該宏時，需定義?EXPORT_SYMBOL_GPL(var)

12）EXPORT_NO_SYMBOLS?顯示指出，該模塊不向內(nèi)核符合表導(dǎo)出符號

13）SET_MODULE_OWNER

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux内核模块的概念和基本的编程方法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。