linux内核模块

• 一个简单的驱动

　　模块的使用能使linux内核便于裁剪，根据不同的应用需求得到一个最小的内核，同时调试内核驱动也更为方便，比如如果调试i2c驱动，如果不采用模块的方式，那么每次修改i2c驱动就得编译整个内核，对于编译调试极其耗时，使用模块，一个简单的insmod就将模块加载进了内核，如果觉得不合适，需要调试，只需要rmmod就可以将模块卸载。

　　一个简单的驱动模块:

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 4
 5 static int __init test_init(void)
 6 {
 7     printk(KERN_ALERT"test modules init\n");
 8     return 0;
 9 }
10
11 static void __exit test_exit(void)
12 {
13     printk(KERN_ALERT"test modules exit\n");
14 }
15
16
17 module_init(test_init);
18 module_exit(test_exit);

　　这个驱动什么都没干，就打印了几句话，但是具备了驱动程序最基本的几个要素：

1. 　驱动初始化函数 XXX_init(void)，使用宏module_init(test_init);告诉内核这是模块的初始化函数入口。
2. 　驱动退出函数XXX_exot(void)，使用宏module_exit(test_exit);告诉内核这是模块的退出函数入口。
3. 驱动模块遵循的协议　MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL")

　　注意到初始化函数和退出函数分别被__init,__exit修限定，其实不用它们来限定２个函数也是可以的，那么用不用这２个东西限定有什么区别呢?首先看它们到底是２个什么东西：

1 #define __init        __section(.init.text) __cold notrace
2 #define __exit          __section(.exit.text) __exitused __cold notrace

　　是２个宏，其中__section也是个宏

1 # define __section(S) __attribute__ ((__section__(#S)))

　　__attribute__是针对gcc的特有关键字，__attribute__ 可以设置函数属性（Function Attribute ）、变量属性（Variable Attribute ）和类型属性（Type Attribute ）,我见的比较多的是在设置数据结构的对齐属性上：

1 struct S {
2
3 short b[3];
4
5 } __attribute__ ((aligned (8)));

　　在这里设置为.init.text是指把这个函数放到特殊的.init.text段，看过汇编代码就可能有映象.text段，也就是代码段，函数都是放这个段的。.init.text段的特性是等模块加载完了，这个段将被释放，因为就好比我们写一个单片机程序一样，一般都会有个init函数，它完了就是个死循环，驱动实际在运行过程中XXX_init函数就没有什么作用了，因此就可以把XXX_init函数加载到内存的那段释放掉，腾出空间来给别人用。

　　__exit就是在卸载模块完成后，将它标识的函数所占用的内存释放。

　　除了__init，__exit,还有__initdata，__exitdata。作用基本类似，我原本猜想带data的应该是修饰仅在初始化函数和退出函数里面用到的全局变量，比如一个数组之类的东西，但是我试了用__initdata修饰函数好像编译并不报错，暂时不深究。

　　MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL")，少了它不影响编译，但是加载模块的时候会警告提示这个模块污染了内核：

　　[22321.826339] test: module license ‘unspecified‘ taints kernel.
　　[22321.826349] Disabling lock debugging due to kernel taint
　　[22321.826759] test modules init

• 编译并加载，卸载这个驱动

　　编译模块的makefile

 1 ifneq ($(KERNELRELEASE), )
 2     obj-m := test.o book.o
 3 else
 4      KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
 5     PWD := $(shell pwd)
 6 defualt:
 7     $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
 8 endif
 9
10 clean:
11         rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions modules.order  Module.symvers
12
13 .PHONY:clean

　　加载模块:　　

1 sudo insmod test.ko

　　为了图方便，使用一个简单的shell脚本监视dmesg的输出，脚本如下：

1 #!/bin/bash
2
3 set -o nounset                              # Treat unset variables as an error
4
5 while true
6 do
7     dmesg -c
8     sleep 1
9 done

　　卸载模块：

1 sudo rmmod test

　　卸载模块不需要后面的.ko。

• 指定和导出模块的参数

　　参数在驱动里面必须是一个全局变量，一般加static限定。

　　声明参数，使用宏：

1 module_param(<参数名>, <参数类型>, <参数读写权限>);

　　参数类型支持:byte、short、ushort、int、uint、long、ulong、charp(字符指针)、bool 或 invbool(布尔的反)

　　例如:

1 static int num = 5;
2
3 module_param(num, int, S_IRUGO);
4
5 static int __init test_init(void)
6 {
7     printk(KERN_ALERT"num:%d\n",num);
8     return 0;
9 }

　　如果在insmod的时候,指定num的值：

1 insmod num=10

　　那么输出:num:10

　　需要注意的是，参数在声明时要给一个默认值，因为如果insmod指定参数值，那么它就使用这个默认值。

　　一个参数(在驱动里面的一个全局变量)怎么会有读写权限?加载这个模块后，进入/sys/module目录，会看到一个test的目录，这个目录记录了这个test模块的一些信息，与未加模块参数的时候相比，它多出了一个parameters的目录，进如这个目录，发现会有个与模块参数同名的num文件，cat它里面的内容就是它的默认值５，再查看这个num文件的权限：

　　-r--r--r-- 1 root root 4096 5月   3 21:30 num
　　和我在代码中指定的一样，原来权限就是指这个文件的权限，参数与之对应的一个文件，也就是说参数的默认值是可以被更改的，只要权限拿到了，而我们使用insmod num=10的方法并不是修改这个默认值(很明显，我指定num为10成功了，但是我并没有对num文件的写权限)，只是在加载模块时覆盖变量的值。

　　使用 cat /proc/kallsyms | grep "\[test\]"查看与test.ko这个模块相关的符号：

1 　　00000000 t test_exit    [test]
2 　　00000000 r __param_num    [test]
3 　　00000000 r __param_str_num    [test]
4 　　00000000 d num    [test]
5 　　00000000 d __this_module    [test]
6 　　00000000 t cleanup_module    [test]

　　可以看到２个我们预料中的符号，num和test_exit，如果我们不使用__init限定test_init，那么可以看到test_init也在里面，也就证明了__init的作用是在调用初始化函数后释放了与之对应的内存:

1 00000000 t test_init    [test]
2 00000000 t test_exit    [test]
3 00000000 r __param_num    [test]
4 00000000 r __param_str_num    [test]
5 00000000 d num    [test]
6 00000000 d __this_module    [test]
7 00000000 t cleanup_module    [test]
8 00000000 t init_module    [test]

　　使用module_param是指外面可以传一个值进来，如果要这个值对外可见，我们明显不能采用去掉static限定的办法，而是使用EXPORT_SYMBOL(num);这个宏是指将模块内的全局变量nuｍ对外可见，它不仅仅可以用于变量也可以对函数起作用。

模块Ａ:

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 4
 5 static int num = 5;
 6 module_param(num, int, S_IRUGO);
 7
 8 static int __init test_init(void)
 9 {
10     printk(KERN_ALERT"test modules init\n");
11     return 0;
12 }
13
14 static void test_saymyname(void)
15 {
16     printk(KERN_ALERT"you call me\n");
17 }
18 static void __exit test_exit(void)
19 {
20     printk(KERN_ALERT"test modules exit\n");
21 }
22
23
24 module_init(test_init);
25 module_exit(test_exit);
26 EXPORT_SYMBOL(test_saymyname);

模块Ｂ调用模块Ａ的 test_saymyname

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 4
 5 extern void test_saymyname(void);
 6
 7 static int __init book_init(void)
 8 {
 9     test_saymyname();
10     return 0;
11 }
12
13 static void __exit book_exit(void)
14 {
15     printk(KERN_ALERT"book modules exit\n");
16 }
17
18 module_init(book_init);
19 module_exit(book_exit);

分别insmod test.ko和insmod book.ko,再卸载模块时，如果先卸载test.ko会发现提示test.ko里面有函数被book.ko调用，无法卸载，只有先卸载book.ko才行。