Linux內(nèi)核模塊編程.ppt

1、Linux內(nèi)核模塊編程,主要參考書(shū)目,Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)詳解(第2版) 宋寶華 編著 人民郵電出版社,主要參考書(shū)目,Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(第三版) 魏永明 耿岳 等 譯 中國(guó)電力出版社,主要參考書(shū)目,精通Linux驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā) Sreekrishnan 編著 人民郵電出版社,可裝載內(nèi)核模塊,為了使系統(tǒng)功能能夠更靈活的擴(kuò)充，Linux支持內(nèi)核的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，即在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)給內(nèi)核增加新的功能（即模塊module）。 模塊（module）是一段可以被動(dòng)態(tài)鏈接的目標(biāo)代碼（.ko），它可由insmod命令動(dòng)態(tài)的裝載并鏈接到正在運(yùn)行的內(nèi)核。鏈接后，它就成了內(nèi)核的一部分，直到用rmmod命令解除鏈接并卸載

2、。 Linux驅(qū)動(dòng)程序就是一種特殊的內(nèi)核模塊。,內(nèi)核模塊與應(yīng)用程序的不同,內(nèi)核模塊工作在內(nèi)核空間（supervisor space），而應(yīng)用程序工作在用戶空間（user space） 內(nèi)核模塊是一個(gè)由多個(gè)回調(diào)函數(shù)組成的“被動(dòng)”代碼集合體，采用了“事件驅(qū)動(dòng)模型”；而應(yīng)用程序總是從頭至尾的執(zhí)行單個(gè)任務(wù)。 內(nèi)核模塊不能調(diào)用C標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)（glibc庫(kù)），只能調(diào)用linux內(nèi)核導(dǎo)出的內(nèi)核函數(shù)。 內(nèi)核模塊在編程時(shí)必須考慮可重入性（reentrant） 內(nèi)核模塊可使用的棧很小(一般只有4096字節(jié))。,內(nèi)核模塊程序源碼的構(gòu)成,最簡(jiǎn)單的Kernel Module,#include #include MODUL

3、E_LICENSE(Dual BSD/GPL); static int _init hello_init(void) / 這是模塊加載函數(shù) printk(KERN_ALERT Hello, worldn); return 0; static void _exit hello_exit(void) / 這是模塊卸載函數(shù) printk(KERN_ALERT Goodbye, cruel worldn); module_init(hello_init); module_exit(hello_exit);,模塊加載函數(shù),通過(guò)insmod或modprobe命令加載內(nèi)核模塊時(shí)，模塊的加載函數(shù)會(huì)自動(dòng)被內(nèi)核執(zhí)

4、行，完成模塊的相關(guān)初始化工作，通常包括：(1)向內(nèi)核注冊(cè)一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);（2）申請(qǐng)軟硬件資源;（3）初始化硬件 模塊加載函數(shù)必須用宏“module_init”指定，它返回整型值。若初始化成功則返回0，若失敗則返回一個(gè)負(fù)值作為錯(cuò)誤碼。 “_init”和“_exit”都是宏，利用了gcc的擴(kuò)展關(guān)鍵字，分別要求編譯器將所聲明函數(shù)的目標(biāo)代碼放入“init.text”段和“exit.text”段中(兩個(gè)特殊的ELF段)。 static關(guān)鍵字為了將該函數(shù)名的可見(jiàn)性控制在本文件內(nèi)。,#define _init _attribute_ (_section_(“.init.text”) #define _exit

5、 _attribute_ (_section_(“.exit.text”),module_init背后的秘密,#define module_init(x) _initcall(x); #define _initcall(fn) device_initcall(fn) #define device_initcall(fn) _define_initcall(6, fn, 6) #define _define_initcall(level,fn,id) static initcall_t _initcall_#fn#id _used _attribute_(_section_(.initcall

6、level .init) = fn 所以，module_init(x)最終展開(kāi)為： static initcall_t _initcall_#fn#id _used _attribute_(_section_(.initcall level .init) = fn initcall_t是一個(gè)指向函數(shù)的指針類型 typedef int (*initcall_t)(void) 所以module_init本質(zhì)上是將一個(gè)函數(shù)指針變量放在了一名為.initcall6.init ELF節(jié)中。,Executable and Linking Format,模塊卸載函數(shù),模塊卸載函數(shù)必須用宏“module_ex

7、it”指定，無(wú)返回值。 當(dāng)通過(guò)rmmod命令卸載某模塊時(shí)，模塊的卸載函數(shù)會(huì)自動(dòng)被內(nèi)核執(zhí)行，完成與模塊裝載函數(shù)相反的功能。（注銷一些內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，釋放資源等）。,內(nèi)核打印函數(shù)printk,printk（fmt, args ) 級(jí)別 KERN_EMERG 用于緊急消息, 常常是那些崩潰前的消息. KERN_ALERT 需要立刻動(dòng)作的情形. KERN_CRIT 嚴(yán)重情況, 常常與嚴(yán)重的硬件或者軟件失效有關(guān). KERN_ERR 用來(lái)報(bào)告錯(cuò)誤情況; 設(shè)備驅(qū)動(dòng)常常使用 KERN_ERR 來(lái)報(bào)告硬件故障. KERN_WARNING 有問(wèn)題的情況的警告, 這些情況自己不會(huì)引起系統(tǒng)的嚴(yán)重問(wèn)題. KERN_NOT

8、ICE 正常情況, 但是仍然值得注意. 在這個(gè)級(jí)別一些安全相關(guān)的情況會(huì)報(bào)告. KERN_INFO 信息型消息. 在這個(gè)級(jí)別, 很多驅(qū)動(dòng)在啟動(dòng)時(shí)打印它們發(fā)現(xiàn)的硬件的信息. KERN_DEBUG 用作調(diào)試消息. 不能打印浮點(diǎn)數(shù),printk消息流向,/etc/syslog.conf中可配置syslogd的分發(fā)規(guī)則，例如可以加入： kern.* /tmp/kernel_debug.txt /proc/kernel/printk文件中設(shè)置了一個(gè)優(yōu)先級(jí)，高于該優(yōu)先級(jí)的消息才能顯示到控制臺(tái)中,模塊許可證聲明,模塊許可證聲（MODULE_LICENSE）明描述內(nèi)核模塊的許可權(quán)限 如果不聲明LICENSE,模

9、塊被加載時(shí)，將收到內(nèi)核被污染（kernel tainted）的警告,編譯內(nèi)核模塊的條件,已安裝了GCC工具鏈 有一份內(nèi)核源碼，且至少被編譯過(guò)一次。 內(nèi)核模塊程序在編譯過(guò)程中要使用內(nèi)核源碼的頭文件（在include目錄）和編譯內(nèi)核時(shí)生成的符號(hào)文件。,內(nèi)核模塊的編譯,可以編寫一個(gè)最簡(jiǎn)單的Makefile：,obj-m := hello.o,并采用如下命令編譯：,make C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M= $(shell pwd) modules,或采用如下較復(fù)雜的Makefile：,ifneq ($(KERNELRELEASE),) # call

10、from kernel build system obj-m:= hello.o else KERNELDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd) default: make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules endif,內(nèi)核模塊的編譯,如果我們想由兩個(gè)源文件(比如file1.c和file2.c )構(gòu)造出一個(gè)名稱為module.ko的模塊, 則makefile的obj-m變量可如下編寫:,obj-m := module.o module-objs := file1.o file2

11、.o,內(nèi)核模塊的加載與卸載,使用insmod命令或modprobe加載模塊：,insmod ./hello.ko,使用rmmod命令卸載模塊：,rmmod hello,使用lsmod命令查看內(nèi)核中已加載的內(nèi)核模塊的信息 通過(guò)查看/proc/modules文件也可查看內(nèi)核中已加載的內(nèi)核模塊的信息。 通過(guò)查看/sys/module目錄也可查看內(nèi)核中已加載的內(nèi)核模塊的信息。,modprobe會(huì)考慮要裝載的模塊是否引用了一些當(dāng)前內(nèi)核不存在的符號(hào)。如果有這類引用，modprobe會(huì)在當(dāng)前模塊路徑中搜索定義了這些符號(hào)的其他模塊，并同時(shí)將這些模塊也裝載到內(nèi)核。(/lib/modules modules.de

12、p /ect/modprob.conf),內(nèi)核模塊參數(shù),module_param（參數(shù)名，參數(shù)類型，參數(shù)讀/寫權(quán)限） 內(nèi)核支持的模塊參數(shù)類型包括： byte、short、ushort、int、uint、long、ulong、charp(字符指針)、bool。,static char *whom = world; static int howmany = 1; module_param(howmany, int, S_IRUGO); module_param(whom, charp, S_IRUGO);,裝載模塊指定參數(shù),可通過(guò)insmod或modprobe在裝載模塊時(shí)為其傳入?yún)?shù)： insmo

13、d hello_ext.ko howmany=5 whom=Students modprobe也可以從它的配置文件(/etc/modprobe.conf)讀取參數(shù)的值,最簡(jiǎn)單的Kernel Module, / export.c int add_integer(int a, int b) return a+b; int sub_integer(int a, int b) return a-b; EXPORT_SYMBOL(add_integer); EXPORT_SYMBOL(sub_integer);,extern int add_integer(int a, int b); / import.c extern sub_integer(int a, int b); static int _init hello_init(void) / 這是模塊加載函數(shù) printk(KERN_ALERT “%dn“, add_integer(5, 10); return 0; ,編譯import.c時(shí)需要用到編譯export.c時(shí)生成的符號(hào)文件module.symv