深入浅出Linux设备驱动编程之内核模块
刺猬@http://blog.csdn.net/littlehedgehog
注: 该系列文章转载自arm+linux chinaunix博客圈圈主之博客——http://blog.chinaunix.net/u/22630/article_54997.html
Linux设备驱动属于内核的一部分,Linux内核的一个模块可以以两种方式被编译和加载:
(1)
直接编译进Linux内核,随同Linux启动时加载;
(2)
编译成一个可加载和删除的模块,使用insmod加载(modprobe和insmod命令类似,但依赖于相关的配置文件),rmmod删除。这种方式控制了内核的大小,而模块一旦被插入内核,它就和内核其他部分一样。
下面我们给出一个内核模块的例子:
- #include <linux/module.h> //所有模块都需要的头文件
- #include <linux/init.h> // init&exit相关宏
- MODULE_LICENSE("GPL");
- static int __init hello_init (void)
- {
- printk("Hello module init/n");
- return 0;
- }
- static void __exit hello_exit (void)
- {
- printk("Hello module exit/n");
- }
- module_init(hello_init);
- module_exit(hello_exit);
分析上述程序,发现一个 Linux内核模块需包含模块初始化和模块卸载函数,前者在 insmod的时候运行,后者在rmmod的时候运行。初始化与卸载函数必须在宏module_init和module_exit使用前定义,否则会出现编译错误。程序中的MODULE_LICENSE("GPL")用于声明模块的许可证。
下面是makefile:
[由于原作者是做得嵌入式linux设备驱动,原Makefile是为交叉编译编写的,这里我把Makefile改为我自己x86格式 ubuntu 8.04+gcc 4.23 需要注意的是源文件要保存为test.c,另外听说Makefile第一个字母要大写(连这个都要规定 -_-) 刺猬注]
- obj-m := test.o
- KERNELBUILD :=/lib/modules/`uname -r`/build
- default:
- make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules
- clean:
- rm -rf *.o *.ko *.mod.c .*.cmd .tmp_versions
下列命令将可加载hello模块:
insmod ./hello.o
下列命令完成相反过程:
rmmod hello
如果要将其直接编译入Linux内核,则需要将源代码文件拷贝入Linux内核源代码的相应路径里,并修改Makefile。
我们有必要补充一下Linux内核编程的一些基本知识:
内存
在Linux内核模式下,我们不能使用用户态的malloc()和free()函数申请和释放内存。进行内核编程时,最常用的内存申请和释放函数为在include/linux/kernel.h文件中声明的kmalloc()和kfree(),其原型为:
- void *kmalloc(unsigned int len, int priority);
- void kfree(void *__ptr);
kmalloc的priority参数通常设置为GFP_KERNEL,如果在中断服务程序里申请内存则要用GFP_ATOMIC参数,因为使用
GFP_KERNEL参数可能会引起睡眠,不能用于非进程上下文中(在中断中是不允许睡眠的)。
由于内核态和用户态使用不同的内存定义,所以二者之间不能直接访问对方的内存。而应该使用Linux中的用户和内核态内存交互函数(这些函数在include/asm/uaccess.h中被声明):
- unsigned long copy_from_user(void *to,const void *from, unsigned long n);
- unsigned long copy_to_user (void * to, void * from, unsigned long len);
copy_from_user、copy_to_user函数返回
不能被复制的字节数,因此,如果完全复制成功,返回值为0。
include/asm/uaccess.h中定义的put_user和get_user用于内核空间和用户空间的单值交互(如char、int、long)。
这里给出的仅仅是关于内核中内存管理的皮毛,关于Linux内存管理的更多细节知识,《内存与I/O操作》进行更加深入地介绍。
输出
在内核编程中,
我们不能使用用户态C库函数中的printf()函数输出信息,而只能使用 printk()。但是,内核中printk()函数的设计目的并不是为了和用户交流,它实际上是内核的一种日志机制,用来记录下日志信息或者给出警告提示。每个printk都会有个优先级,内核一共有8个优先级,它们都有对应的宏定义。如果未指定优先级,内核会选择默认的优先级 DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL。如果优先级数字比int console_loglevel变量小的话,消息就会打印到控制台上。如果syslogd和klogd守护进程在运行的话,则不管是否向控制台输出,消息都会被追加进/var/log/messages文件。klogd 只处理内核消息,syslogd 处理其他系统消息,比如应用程序。