初探linux内核编程，参数传递以及模块间函数调用

一.前言                                 

我们一起从3个小例子来体验一下linux内核编程。如下：

1.内核编程之hello world

2.模块参数传递

3.模块间函数调用

二.准备工作                          

首先，在你的linux系统上面安装linux头文件，debian系列：

1 $:sudo apt-get install linux-headers-`uname -r`

安装后，在你的/lib/modules/目录下有你刚刚安装的头文件版本号对应的目录。头文件夹下面还有个build文件夹，里面的Makefile文件是等会要编译内核模块用的。如图，这是我机器上面的：

注意：安装的头文件版本一定要和你的系统版本一样，不然你自己编写的模块不能插入到本机的内核。如果你apt-get安装头文件时，没有对应的头文件，或者你的源里面放不稳定版本的源后，依然没有对应的头文件，你可以到这里搜索需要的deb包来安装。再或者下载跟本机对应的内核源码来构建环境。

三.内核编程之hello world    

我们先来了解下内核模块文件的入口和出口。它由2个宏来注册入口和出口，分别是：

1 module_init(x);
2 module_exit(x);

这2个宏在头文件目录的include/linux/module.h。宏里面的x代表注册到内核的入口和出口函数。通俗一点讲就是模块初始化和模块卸载时调用的函数。

初始化函数的形式：int my_init(void);

退出函数的形式：void my_exit(void);

另外还有一些宏：

MODULE_LICENSE(_license)：模块的许可证。

MODULE_AUTHOR(_author)：模块的作者。

MODULE_VERSION(_version)：模块版本

MODULE_DESCRIPTION(_description)：模块的描述。

还有一些就不一一举例了。

现在，我来看最简单的hello world例子：

文件名：kernel_hello.c

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 
 5 /* 以下4个宏分别是许可证，作者，模块描述，模块版本 */
 6 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 7 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");
 8 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");
 9 MODULE_VERSION("1.0");
10 
11 /* 入口函数 */
12 static int hello_init(void)
13 {
14     printk(KERN_ALERT "hello_init() start\n");
15 
16     return 0;
17 }
18 
19 /* 退出函数 */
20 static void hello_exit(void)
21 {
22     printk(KERN_ALERT "hello_exit() start\n");
23 }
24 
25 /* 注册到内核 */
26 module_init(hello_init);
27 module_exit(hello_exit);

上面的printk()函数时内核自己实现的输出函数，KERN_ALERT时输出信息的级别！

然后再写一个很简单的Makefile文件：

1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
2 PWD := $(shell pwd)
3 
4 obj-m := kernel_hello.o
5 
6 default:
7     $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules

KERNAL_DIR：你刚刚安装头文件的目录

PWD：代表当前你编写模块文件的目录。

obj-m：模块的依赖目标文件。另外，内核的Makefile文件：obj-m代表将目标文件编译成模块，obj-y代表编译到内核，ojb-n代表不编译。

-C：执行make的时候，把工作目录切换到-C后面指定的参数目录，这里即头文件目录下的build目录。

M：这个M时内核Makefile里面的一个变量。作用时回到当前目录继续读取Makefile，这里的就是读完build目录下的Makefile之后再回到我们的这个目录，读取我们刚刚编写的那个Makefile。

最后的modules是代表编译模块。

现在我们来编译下，在我们编写Makefile的目录下执行make，会看到生成了模块文件kernel_hello.ko

 

查看模块信息：sudo modinfo kernel_hello.ko

可以看到刚刚那几个宏插入的模块信息。

 现在我们一口气执行4个动作：插入模块，查看内核已插入的模块，卸载模块，查看dmesg信息：

可以看到，模块在初始化和退出时都打印了函数里面的信息。

 

四.模块参数传递                    

模块的参数传递也是一个宏，在头文件目录的include/linux/moduleparam.h：

1 module_param(name, type, perm)

name：模块中的变量名，也是用户可指定参数名。

type：byte，short，ushot，int，uint，long，ulong，charp，bool这些

perm：模块的权限控制。跟linux文件权限控制一样的。

文件名：kernel_hello_param.c

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 
 5 /* 以下4个宏分别是许可证，作者，模块描述，模块版本 */
 6 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 7 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");
 8 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");
 9 MODULE_VERSION("1.0");
10 
11 static char *msg;
12 module_param(msg, charp, 0644);
13 
14 /* 入口函数 */
15 static int hello_init(void)
16 {
17     printk(KERN_ALERT "hello_init() start\n");
18     printk(KERN_ALERT "%s\n", msg);
19 
20     return 0;
21 }
22 
23 /* 退出函数 */
24 static void hello_exit(void)
25 {
26     printk(KERN_ALERT "hello_exit() start\n");
27 }
28 
29 /* 注册到内核 */
30 module_init(hello_init);
31 module_exit(hello_exit);

比上一个文件，就增加了11，12，18行。注意第12行的charp，是内核的字符指针。

编译后，传参插入，dmesg查看信息：

插入的参数msg跟在模块后面即可。

 

五.模块间函数调用                

模块的函数导出到符号表才可以供其他函数使用，需要用到宏：

1 EXPORT_SYMBOL(sym)

该宏在include/linux/export.h里面。

既然模块间函数调用，我们要编写2个模块。

文件一：kernel_fun.h

1 #ifndef KERNEL_FUN_H
2 #define KERNEL_FUN_H
3 
4 void fun(void);
5 
6 #endif

文件二，要导出的模块文件：kernel_fun.c

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 #include <linux/export.h>
 5 
 6 #include "kernel_fun.h"
 7 
 8 /* 以下4个宏分别是许可证，作者，模块描述，模块版本 */
 9 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
10 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");
11 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");
12 MODULE_VERSION("1.0");
13 
14 /* 入口函数 */
15 static int fun_init(void)
16 {
17     printk(KERN_ALERT "fun_init() start\n");
18 
19     return 0;
20 }
21 
22 void fun()
23 {
24     printk(KERN_ALERT "fun() is called\n");
25 }
26 
27 /* 退出函数 */
28 static void fun_exit(void)
29 {
30     printk(KERN_ALERT "fun_exit() start\n");
31 }
32 
33 /* 注册到内核 */
34 module_init(fun_init);
35 module_exit(fun_exit);
36 
37 /* 导出符号表 */
38 EXPORT_SYMBOL(fun);

最后一行就是导出到符号表。

 

文件三，要调用模块文件二的函数：kernel_mod.c

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 #include <linux/export.h>
 5 
 6 #include "kernel_fun.h"
 7 
 8 /* 以下4个宏分别是许可证，作者，模块描述，模块版本 */
 9 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
10 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");
11 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");
12 MODULE_VERSION("1.0");
13 
14 /* 入口函数 */
15 static int mod_init(void)
16 {
17     printk(KERN_ALERT "mod_init() start\n");
18 
19     /* 调用fun */
20     fun();
21     return 0;
22 }
23 
24 /* 退出函数 */
25 static void mod_exit(void)
26 {
27     printk(KERN_ALERT "mod_exit() start\n");
28 }
29 
30 /* 注册到内核 */
31 module_init(mod_init);
32 module_exit(mod_exit);

第20行即是调用其他模块的函数。

 

这里要编译2个模块，对应的Makefile文件：

1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
2 PWD := $(shell pwd)
3 
4 obj-m := kernel_mod.o kernel_fun.o
5 
6 default:
7     $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules

 

编译好这2个模块后，我们现在来验证。注意，因为kernel_mod依赖kernel_fun，所以我要先插入kernel_fun模块。

卸载模块的时候，我们要先卸载kernel_mod，原因同上。

依次插入kernel_fun，查看它的符号表，然后插入kernel_mod，查看dmesg：

可以看到kernel_fun的fun()被kernle_mod调用了。