linux内核笔记（一）
需要了解知识：
Linux
C语言
Makefile
概述
Linux是宏内核（或单内核）的操作体系统。（Windows微内核）
宏内核是所有的内核功能被整体编译在一起，形成一个单独的内核镜像，内核中各模块的交互是通过直接的函数调用，效率非常高。
微内核是实现内核中相当关键和核心的一部分，其他功能模块被单独编译，功能模块之间的交互通过微内核提供的某种通信机制来建立的。
宏内核如果要增加、删除、修改内核的某个功能，就不得不重新编译整个内核，为了解决这一问题，引入了内核模块。内核模块是被单独编译的一段内核代码，它可以在需要的时候动态加载到内核，不需要时，动态卸载（需要内核配置了可卸载的选项），不需要重启整个系统，这种特性非常适合驱动程序开发。
第一个内核模块
#include
#include
#include
int init_module(void){
printk("module init\n");
return 0;
}
void cleanup_module(void){
printk("cleanup module\n");
}
一个模块程序几乎都要直接或间接包含上述三个模块。
init_module函数时模块的初始化函数（非必要），不接受参数，成功返回0；失败返回一个负数。
printk函数类似于printf,但支持额外的打印级别，用于调试目的。
cleanup_module函数是模块的清除函数（非必要），在模块从内核中卸载时调用。但要是提供了模块初始化函数，则清除函数是要提供的（除非内核模块不允许卸载）。
Makefile
简单的做法是把刚才的代码添加到内核源码树中，然后修改对应的Makefile文件即可，但这回修改内核的源码；另一种是将c文件放到内核源码树外一个单独的目录中，然后在该目录下编写一个对应的Makefile。
ifeq($(KERNELRELEASE),)
ifeq($(ARCH),arm)
KERNELDIR?=/home/farsight/fs4412/linux-3.14.25-fs4412
ROOTFS?=/nfs/rootfs
else
KERNELDIR?=/lib/moudle/$(shell uname -r)/build
endif
PWD:=$(shell pwd)
module:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR)M=$(PWD)modules
modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR)M=$(PWD)INSTALL_MOD_PATH=$(ROOTFS)modules_install
clean:
rm -rf *.0 *.ko *.cmd *.mod modules.order Module.symvers.tmp_versions
else
obj-m:=vser.o
endif
略
内核模块的相关工具
模块加载
insmod:加载指定目录下的一个.ko文件到内核
模块加载成功后使用dmesg命令可以看到控制台输出信息
modprobe：自动加载模块岛内和，相比insmod更智能，推荐使用。但莫要要执行安装操作，在运行该命令前最好运行一次depmod命令来更新模块的依赖信息。modeprobe不指定路径及后缀
模块信息
modinfo:查看模块信息，在安装了模块并运行depmod命令后，可以不指定路径和后缀，也可以指定查看某一特定的.ko文件的信息
模块卸载
rmod:如果内核配置允许卸载模块，那么rmmod将指定的模块从内核中卸载。
内核模块一般的形式
GPL许可协议略。在代码中需要添加代码表示改代码接收响应的许可协议。
MODULE_LICENSE("GPL");MOUDLE_LICENSE是一个宏，里面的参数是一个字符串，代表相应的许可证协议。可以是GPL,GPL v2,GPL and additional rights等。这个宏将会生成一些模块信息，放在ELF文件中的一个特殊的段中，模块在加载时会将该信息复制到内存中，并检查该信息。不加这段代码。会导致内核报警告或关闭某些调试功能，某些功能函数是不能调用的，开发驱动调用内核的一些基础设施（一些内核的API函数）是必不可少的。
模块的初始化函数和清楚函数的名字是固定的，入口函数基本都为main。内核借助于GUN的函数别名机制，可以灵活的指定模块的初始化函数和清楚函数的别名。
module_init(vser_init);
module_exit(vser_exit);module_init和module_exit是两个宏，分别用于指定init_module和函数别名vser_init和cleanup_exit的别名是vser_exit。
为了避免因为重名带来重读定义的问题，函数可以加static关键字修饰，经过static修饰后的函数的链接属性为内部。这也是几乎所有驱动程序的函数前都要加static关键字修饰的原因。
Linux是节约内存的操作系统。上面的初始化函数仅会被调用1次，之后就可以释放掉这函数占用的内存，在函数名前加__init可以达到此目的。__init是把这些标记的函数放到ELF文件的特定代码段，在模块加载这些段时将会单独分配内存，这些函数调用成功后，模块的加载程序会释放这部分内存。__exit用于修饰清除函数，类似于__init，如果模块不允许且在，那么这段代码完全就不用加载。
#include
#include
#include
static int __init vser_init(void){
printk("init\n");
return 0;
}
static void __exit vser_exit(void){
printk("exit\n");
}
module_init(vser_init);
module_exit(vser_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("XXX");
MODULE_DESCRIPTION("XXXXXX");
MODULE_ALIAS("virtual-serial"); 将多个源文件编译生成一个内核模块
对于一个较复杂的驱动程序，将所有代码写在一个源文件不太现实，通常会把程序功能拆分，由不同的源文件来实现对应的功能。
使用make，将多个目标文件共同生成的。
内核模块参数
模块的初始化函数在模块被加载时调用，但该函数不接受参数。模块提供了另外一种形式来支持参数传递信息，叫做模块参数。
模块参数允许用户在加载模块时通过命令行指定参数，并转换成相应类型的值，然后赋值给对应的辩论，这个过程发生在调用模块初始化函数之前。内核支持的参数类型有：bool,inbool(反转值bool)、charp（字符串指针）、short、int、long、ushort、uint、ulong这些类型又可以复合成对应的数组类型。
module_param(name,type,perm)
module_param_array(name,type,nump,perm)
name:变量的名字
type:变量或数组元素的类型
nump:数组元素个数的指针（可选）
perm:在sysfs文件系统中对应文件的权限属性，如果为0，则sysfs文件系统中不会出现任何对应文件。
虽然代码中增加模块参数的写权限可以通过sysfs文件系统来修改模块参数的值，但不推荐。因为这种方式对模块参数惊醒的修改模块本身是一无所知。
内核模块依赖
使用file命令和nm命令可以得到ELF目标文件的相关细节信息
- 如果要使用insmod命令加载模块，则必须线加载dep模块再加载vser模块。
- 两个模块存在依赖关系，如果分别编译，会出现警告信息，即使加载顺序正确，加载也不会成功
- 卸载模块要先卸载vser模块在写在dep模块。内核会创建模块依赖关系的链表，只有当依赖于这个模块的链表为空时，模块才能被卸载。
内核模块信息
Linux内核是由全世界的志愿者开发的，不同版本函数接口可能完全不一样。
内核模块和普通应用程序的差异：
- 内核模块是操作系统内核的一部分，运行在内核空间；应用程序运行在用户空间
- 内核模块中的函数是被动调用的，应用程序是顺序执行的
- 内核模块处于C函数库之下，不能调用C库函数；应用程序可以随意调用C库函数
- 内核模块如果产生非法访问（野指针等）可能系统崩溃；应用程序最多影响自己
- 内核模块的并发更多（中断、多处丽丽）；应用程序一般考虑多进程或多线程
- 整个内核空间的调用链上只有4KB或8KB的栈，相对于应用程序来说很小。需要大的内存空间，通常应该动态分配
- printk和printf相似，但printk不支持浮点数