linux 内核头文件 linux kernel header

概述：在进行有关系统软件的安装的时候（编译一个新的驱动，或者安装一个系统级别的测试工具，例如systemtap），经常需要重新编译内核，相应的问题往往与内核头文件有关。那么，什么是内核头文件，为什么需要更新内核头文件？内核头文件作用是什么，如何更新？本文主要为你解答这些疑问。

1.内核头文件的发展历史

        在 Linux 2.2/2.4 的纯真年代，内核头文件一直保持着 Unix 世界的"KISS"传统，只需将内核源码树中的头文件直接复制到 /usr/include 中即可使用，一切都是那么 Simple and Stupid ...

        但是随着 2.6 系列内核的发布，事情开始变得混乱和复杂起来。首先是内核开发者宣布强烈反对直接使用"未净化"的"原始"内核头文件，他们建议使用发行版提供的"经过净化的"内核头文件。于是各种发行版开始"八仙过海，各显神通"，由于"净化"方法各不相同，结果就是每个发行版都有着自己与众不同的内核头文件。更为严重的是，内核开发者甚至推荐编译 Glibc 的头文件也要使用发行版提供的"经过净化的"内核头文件。由于 Glibc 和 Kernel 是整个系统的根基，这样一来 Linux 便像传统的 Unix 那样开始走向分裂。
        另一件哭笑不得的事情是，虽然内核开发者强烈推荐使用发行版提供的"经过净化的"内核头文件，但是 Glibc 的开发者却不买账，他们推荐使用"未净化"的"原始"内核头文件来编译 Glibc ，两个开发组一直坚持各自的见解，互不妥协！另外，两个开发组在应当由谁提供内核头文件的问题上意见也不一致：内核开发组认为应当由发行版的制作者提供，而 Glibc 开发组认为应当由内核开发组提供。结果就是"神仙打架，凡人遭殃"，虽然对 Debian 这种大型发行版来说，提供自己独有的"经过净化的"内核头文件不会成为多大的负担，但是对于那些没有能力或精力的小心发行版制作者和我们这些 DIY fans 来说却是一场灾难！要么直接使用其他发行版的成果，要么自力更生；前者让人心有不甘(没有了 DIY 的原汁原味)，后者让人望而生畏(有几个人知道啥叫"净化"?怎么净化?)。
        危机时刻总会有英雄的出现，就在一片恐慌之际，一个叫"linux-libc-headers"项目组诞生了！他们向我们这些"凡人"们提供了安全的、普遍适用的、"经过净化的"内核头文件，真是及时雨啊！天空重新晴空万里……然而好景不长，由于精力和人力有限，该项目在发布了 2.6.12.0 版本之后，遗憾的离开了这个世界。这样一来，2.6.12 以上版本的内核新特性(比如新的系统调用)和 ABI/API 的变化就无法反映出来，对于我们这些 DIY fans 来说，世界重回混沌……
        俗话说，"合久必分，分久必合"，大概是内核开发组意识到了如果继续固执己见将不可避免的导致混乱以及重蹈 Unix 逐渐走向分裂的覆辙，于是从 2.6.18 版本开始，内核开发组担负起了维护一份统一的、"经过净化的"内核头文件的职责(窃以为这原本就是他们的责任)。现在获取"经过净化的"内核头文件又变得简单起来，只要在内核源码树中使用 make headers_install 即可，而且不用再担心更新问题。对于我们这些 DIY fans 来说，又可以重新 Day Day Happy 了。

        不过，由于磨合需要时间。目前 Glibc-2.4 以下的版本都无法配合这种新式头文件编译成功。

2内核头文件的作用

        说了这么多,那么什么时候会用到内核头文件呢？内核头文件又有哪些与用户有关的作用呢？

        概括来说，内核头文件的作用主要有两个：1）定义内核组件间的接口2）定义内核与用户空间的接口

       内部模块：模块间的内部接口在linux/include/ 或 linux/arch/*/include/ 下都有定义。一个单独模块的源文件间的接口应该同模块源码置于同一目录下，避免污染全局头文件空间。

       外部模块：传统的内核源码安装在/usr/src/linux下，这不再支持外部模块的编译。相反，你的Makefile应该指向/lib/modules/${kver}/build，其中${kver}是内核确切的版本字符串，例如：对于当前正在运行的内核，就是“uname -r”的输出。

        用户空间程序：一般来说，用户空间程序是针对发行版提供的头文件编译的，通常源于glibc-devel、glibc-kernheaders 或 linux-libc-dev。这些头文件通常来源于旧版内核，并不能安全地在不重新编译glibc的情况下被替换。特别地，作为一个到/usr/src/linux/include或/lib/modules/*/build/include/linux的符号链接/usr/include/linux，是极不推荐使用的。因为它经常使重新编译的应用程序损坏。例如，旧内核使用include/asm-${arch}存放架构特定的头文件，而不是现在的arch/${arch}/include/asm ，且没有符号链接到架构特定的目录。

3.如何打包头文件

        为发行版打包头文件：为一个发行版打包头文件正确的方法是在内核源码目录下运行 'make headers_install'来安装头文件到/usr/include，并依赖这个刚刚安装的特定版本的内核头文件重新编译C库包。如果你正在发布一个依赖某个特定版本内核头文件的用户空间程序，比如因为你的程序只运行在打过补丁或者最新的内核上，你不能依赖/usr/include中的头文件。你也不能使用来自/usr/src/linux/include 或/lib/modules/*/build/include/的头文件，因为他们还没有为用户空间的包含做好准备。若你尝试这么做了，内核会警告你并指引你到这个Wiki页。解决这个问题的正确方法是独立出你需要的特定接口，比如一个打过补丁的新内核并为你的应用程序提供字符设备ioctl号的独立头文件。在你自己的程序中添加一份这个源文件的拷贝，并说明这个应该和新内核版本保持一致。如果你的程序不遵循GPLv2证书，请保证你得到了这个文件作者的许可：可在你自己程序的证书下发布它。因为你的程序现在依赖的内核接口并不在常规内核中。在这种情况下，一个推荐的做法是通过运行时检测来保证内核知道这个接口并在无法向下兼容旧接口的时候给出有用的错误信息。