linux设备驱动归纳总结（二）：模块的相关基础概念
系统平台：Ubuntu 10.04
开发平台：S3C2440开发板
一。初探linux内核模块
内核模块：内核本身是很庞大的一个结构，需要的组件很多。编译内核时，用户 可以把所有的代码编译进内核，但是这样会引起两个问题：一是内核过大；二是 当需要添加或者删除内核时，需要重新再编译内核。所以有了内核模块的概念。 模块并不编译到内核中，编译后存放在指定的目录，当需要使用时动态加载。
1.1下面是一个非常经典的hello world代码： 目录：1st
/*2nd_module/1st*/
1 #include //包含了很多装载模块需要的符号和函数的定义
2 #include //用于指定初始化函数和清除函数
3
4 static int __init test_init(void) //内核初始化函数
5 {
6 printk("hello world!\n"); //打印函数，和prinft类似
7 return 0;
8 }
9
10 static void __exit test_exit(void)//内核清除函数
11 {
12 printk("good bye!\n");
13 }
14
15 module_init(test_init); //指定初始化函数
16 module_exit(test_exit); //指定清除函数
17
18 MODULE_LICENSE("GPL"); //指定代码使用的许可证
19 MODULE_AUTHOR("xiao bai"); //指定作者
20 MODULE_VERSION("1.0"); //指定代码修订号
1.2再来一个Makefile：
(注：如果不知道“make -C $(KDIR) M=`pwd` modules ”语句的意思，可以查看linux内核驱动归纳总结（一）：内核的相关基础概念的第六小节)
obj-m += test.o
KDIR:=/root/Desktop/drives/nfsroot-29/linux-2.6.29
all:
make -C $(KDIR) M=`pwd` modules
clean:
make -C $(KDIR) M=`pwd` modules clean
rm -f modules.order
1.3编写完毕后在代码目录下执行“make”命令，就会产生test.ko文件，在开发板 上通过命令“insmod test.ko”,插入模块，通过命令“lsmod”查看当前的所有 装载上的模块，通过命令“rmmod test”卸载该模块。并且，加载时会输出 “hello world!”，卸载时会输出“good bye!”。
[root: 1st]# rmmod test
good bye!
[root: 1st]# insmod test.ko
hello world!
[root: 1st]# lsmod
test 1060 0 - Live 0xbf00c000
[root: 1st]# rmmod test
good bye!
[root: 1st]#
1.4上面的程序包含了三个知识点：
1.4.1内核初始化函数：
static int __init test_init(void) //内核初始化函数
{
}
module_init(test_init); //指定初始化函数
1)初始化函数是在模块加载时自动被调用，执行相关的初始化工作。
2)static和__init都是可以不加的，因为初始化函数除了加载时执行外没有别的 用处，加上static只是声明一下，该函数只能在模块内部使用。而加上__init后，它暗 示内核该函数仅在初始化时使用，所以在模块被装载后，模块装载器就会把该函 数扔掉，释放占用的内存空间。
3)但是moudle_init()是必须要的，因为这样才能让模块加载器知道这是个初始化 函数，没有这一步，函数就不会得到调用。
4)初始化函数成功返回0，失败返回对应的错误码。
1.4.2内核清除函数：
static void __exit test_exit(void)//内核清除函数
{
}
module_exit(test_exit); //指定清除函数
1)内核清除函数是在模块卸载是自动被调用，执行相关的清除工作。
2)同上，static和__exit都是可以不加的，但如果加上__exit，模块直接编 译进内核或者不允许卸载，被标志为__exit的函数会被自动丢弃掉。
3)module_exit是必须的，因为这样内核才能找到清除函数。
4)清除函数的没有返回值。
5)一个没有定义清除函数的模块，是不允许被加载的。
1.4.3模块的描述性定义：
MODULE_LICENSE("GPL"); //指定代码使用的许可证
MODULE_AUTHOR("xiao bai"); //指定作者
MODULE_VERSION("1.0"); //指定代码修订号
1)以上的都是一些都该模块的描述，除了上面的还有MODULE_ALIAS(模块的别名) MODULE_DESCRIPTION(描述用途)等。
2)MODULE_LICENSE一般都是要写的，告诉内核该程序使用的许可证，不然在加载 时它会提示该模块污染内核。
3)MODULE_声明可以声明在源代码任意位置，但习惯放在代码的最后。
二。内核中的printk
printk与printf的用法是差不多的，最大的区别就是printk可以指定打印的优先 级。另外一个区别就是，printf只用在用户态，printk用于内核态。
下面由程序讲解 目录：2nd
/*2nd_module/2nd*/
1 #include
2 #include
3
4 static int __init test_init(void)
5 {
6 printk("hello world!\n");
7 printk("<0>" "hello world! 0\n");
8 printk("<1>" "hello world! 1\n");
9 printk("<2>" "hello world! 2\n");
10 printk("<3>" "hello world! 3\n");
11 printk("<4>" "hello world! 4\n");
12 printk("<5>" "hello world! 5\n");
13 printk("<6>" "hello world! 6\n");
14 printk("<7>" "hello world! 7\n");
15 return 0;
16 }
17
18 static void __exit test_exit(void)
19 {
20 printk("good bye!\n");
21 }
22
23 module_init(test_init);
24 module_exit(test_exit);
25
26 MODULE_LICENSE("GPL");
27 MODULE_AUTHOR("xiao bai");
28 MODULE_VERSION("1.0");
编译后加载模块，发现输出内容为：
[root: 2nd]# insmod test.ko
hello world!
hello world! 0
hello world! 1
hello world! 2
hello world! 3
hello world! 4
hello world! 5
hello world! 6
输出唯独缺少了最后一个"hello world! 7"，这是因为printk输出优先级的导致 的。printk的优先级如下,在内核目录下inxlude/linux/kernel.h下有记录：
91 #define KERN_EMERG "<0>" /* system is unusable */
92 #define KERN_ALERT "<1>" /* action must be taken immediately */
93 #define KERN_CRIT "<2>" /* critical conditions */
94 #define KERN_ERR "<3>" /* error conditions */
95 #define KERN_WARNING "<4>" /* warning conditions */
96 #define KERN_NOTICE "<5>" /* normal but significant condition */
97 #define KERN_INFO "<6>" /* informational */
98 #define KERN_DEBUG "<7>" /* debug-level messages */
其中<0>的优先级最高，<7>优先级最低。上面的printk语句的优先级都可以用字符 串代替，如下面两句是同等作用的：
p { margin-bottom: 0.21cm; }printk("<3>" "hello world! 3\n");
printk(KERN_ERR "hello world! 3\n")
如果调用printk使用的优先级低于或等于控制台的默认优先级，就不能被输出到 控制台终端上显示，所以在minicom界面中看不到最后一句的输出。
按照以上的推测，可以得到两个结论：
一、如果不指定prinfk的优先级，prinfk的默认优先级比控制台的优先级高，所 以才能显示在控制台上。
二、控制台的优先级是6，因为低于6优先级的语句不能打印出来。
printk的默认优先级在内核目录kernel/printk.c定义：
47 /* printk's without a loglevel use this.. */
48 #define DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL 4 /* KERN_WARNING */
49
50 /* We show everything that is MORE important than this.. */
51 #define MINIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL 1 /* Minimum loglevel we let people use */
52 #define DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL 7 /* anything MORE serious than KERN_DEBUG*/
文件中定义了printk的默认输出优先级为4，并定义了一般使用的最大和最小优先 级1和7。
而终端控制台的输出优先级配置在文件/proc/sys/kernel/printk中：
[root: /]# cat /proc/sys/kernel/printk
7 4 1 7
7 4 1 7分别是：
7：console_loglevel //这个就是控制台的默认优先级
4：default_message_loglevel // 这个是printk的默认输出优先级
1：minimum_console_level
7：default_console_loglevel
可以通过修改该文件使所有优先级的消息都显示出来。
[root: /]# echo 8 > /proc/sys/kernel/printk
注意的是，即使没有显示在控制台的内核消息，也会追加到/var/log/messages，通过查看/var/log/messages就能看到。
小技巧：可以通过printk的优先级定义是否输出调试信息：目录：3rd
1 #include
2 #include
3
4 #define DEBUG_SWITCH 0
5 #if DEBUG_SWITCH
6 #define P_DEBUG(fmt, args...) printk("<1>" "[%s]"fmt, __FUNCTION__, ##args)
7 #else
8 #define P_DEBUG(fmt, args...) printk("<7>" "[%s]"fmt, __FUNCTION__, ##args)
9 #endif
10
11
12 static int __init test_init(void)
13 {
14 printk("hello world!\n");
15 P_DEBUG("debug!\n");
16 return 0;
17 }
18
19 static void __exit test_exit(void)
20 {
21 printk("good bye!\n");
22 }
23
24 module_init(test_init);
25 module_exit(test_exit);
26
27 MODULE_LICENSE("GPL");
28 MODULE_AUTHOR("xiao bai");
29 MODULE_VERSION("1.0");
当#define DEBUG_SWITCH 0时，P_DEBUG语句并不输出到控制台。
相反，当#define DEBUG_SWITCH 1时，P_DEBUG语句输出到控制台。
三。内核传参————module_param
在用户态的C语言中，函数的传参使用main(int argc, char* argv)，内核的传参使用了另外一种方法：
步骤一、在内核函数中用module_param指定模块参数。
步骤二、加载内核时传递参数给模块。
module_param函数使用方法：
module_param(name, type, perm)
name：内核参数的名称，自己定义；
type：内核参数的类型，常见的类型byte、short、int、long、ulong、bool 、charp(字符指针);
perm：内核参数的权限S_IRUGO(对模块参数具有读权限)。其实权限和文件的 权限差不多，具体可以查看"include/linux/stat.h"。
所以，要定义一个int模块参数，权限是0644，在函数中需要定义：
int a=0;
module_paaram(a, int, 0644);
内核加载模块时传递参数的方法：
使用命令：insmod xxx.ko a=1
如果加载模块时不指定参数，模块会使用默认值0，否则会使用1。
模块加载后，并且他的权限不为0，就可以在/sys/module/xxx/parameter目录下 找到对应的模块参数。
模块参数使用例子：目录 4th
/*2nd_module/4th*/
1 #include
2 #include
3
4 int num = 123;
5 char *name = "xiao bai";
6
7 static int __init test_init(void)
8 {
9 printk("hello world!\n");
10 printk("num = %d, name:[%s]\n", num, name);
11 return 0;
12 }
13
14 static void __exit test_exit(void)
15 {
16 printk("good bye!\n");
17 }
18
19 module_init(test_init);
20 module_exit(test_exit);
21 module_param(num, int, 0644);
22 module_param(name, charp, 0644);
23
24 MODULE_LICENSE("GPL");
25 MODULE_AUTHOR("xiao bai");
26 MODULE_VERSION("1.0");
几种指定模块参数时的效果：
[root: 4th]# insmod test.ko
hello world!
num = 123, name:[xiao bai]
[root: 4th]# rmmod test
good bye!
[root: 4th]# insmod test.ko num=321 name='haha'
hello world!
num = 321, name:[haha]
[root: 4th]# rmmod test
good bye!
[root: 4th]# insmod test.ko name='haha'
hello world!
num = 123, name:[haha]
查看/sys/module/test/parameter目录，出现了模块参数：
[root: 4th]# ls /sys/module/test/parameters/
name num
四、内核函数间的调用
内核函数间的调用有两种方法：
1)、把需要调用的函数编译进模块，与C语言的静态库类似。
2)、把许压迫被调用的函数导出到符号表，方便模块使用，与C语言的动态库类似
先说第一个方法：多文件编译 目录 5th
1)编写被调用的函数文件haha.c
1 #include
2 #include "haha.h"
3
4 void haha(void)
5 {
6 printk("haha!\n");
7 }
2)编写头文件haha.h
1 #ifndef __HAHA_H__
2 #define __HAHA_H__
3
4 void haha(void);
5
6 #endif
3)编写模块文件test.c
1 #include
2 #include
3 #include "haha.h"
4
5 static int __init test_init(void)
6 {
7 printk("hello world!\n");
8 haha();
9 return 0;
10 }
11
12 static void __exit test_exit(void)
13 {
14 printk("good bye!\n");
15 }
16
17 module_init(test_init);
18 module_exit(test_exit);
19
20 MODULE_LICENSE("GPL");
21 MODULE_AUTHOR("xiao bai");
22 MODULE_VERSION("1.0");
4)编写Makefile，与之前的Makefile不一样，因为涉及到多文件编译
1 obj-m += test_haha.o //生成test_haha.ko
2 test_haha-objs += haha.o test.o //test_haha.ko有haha.o和test.o组成
3
4 KDIR:=/root/Desktop/drives/nfsroot-29/linux-2.6.29
5 all:
6 make -C $(KDIR) M=`pwd` modules
7 clean:
8 make -C $(KDIR) M=`pwd` modules clean
9 rm -f modules.order
编译完毕后生成test_haha,ko，看一下效果
[root: 5th]# insmod test_haha.ko
hello world!
haha!
值得指出的是，上面的方法一般不用。应该使用下面的方法。
第二种方法：导出符号表EXPORT_SYMBOL ：目录 6th
导出符号表是指，在定义一个函数后，在模块中使用语句"EXPORT_SYMBOL(xxxxx)" 将函数导出。通过这样，内核就知道了该函数和在内存中对应的地址，这样模块 就可以调用导出的函数了。在"/proc/kallsyms"文件中对应这符号表，它记录了函数的符号和函数在内存所在的地址。
看看方法：
1)在6th/core目录下编写被调用的函数的文件haha.c
1 #include
2 #include
3 #include "../include/haha.h"
4
5 int haha(void)
6 {
7 printk("haha!\n");
8 return 0;
9 }
10
11 EXPORT_SYMBOL(haha); //导出函数
12 MODULE_LICENSE("GPL");
2）在6th/core目录下编写Makefile，用于编译haha.c成haha.ko
1 obj-m += haha.o
2
3 KDIR:=/root/Desktop/drives/nfsroot-29/linux-2.6.29
4 all:
5 make -C $(KDIR) M=`pwd` modules
6 clean:
7 make -C $(KDIR) M=`pwd` modules clean
8 rm -f modules.order
3)在6th/include目录下编写头文件haha.h
1 #ifndef __HAHA_H__
2 #define __HAHA_H__
3
4 int haha(void);
5
6 #endif
4)在6th/driver目录下编写文件test.c
1 #include
2 #include
3 #include "../include/haha.h"
4
5 static int __init test_init(void)
6 {
7 printk("hello world!\n");
8 haha();
9 return 0;
10 }
11
12 static void __exit test_exit(void)
13 {
14 printk("good bye!\n");
15 }
16
17 module_init(test_init);
18 module_exit(test_exit);
19
20 MODULE_LICENSE("GPL");
21 MODULE_AUTHOR("xiao bai");
22 MODULE_VERSION("1.0");
5)在6th/driver目录下编写Makefile，用于编译test.c
1 obj-m += test.o
2
3 KDIR:=/root/Desktop/drives/nfsroot-29/linux-2.6.29
4 all:
5 make -C $(KDIR) M=`pwd` modules
6 clean:
7 make -C $(KDIR) M=`pwd` modules clean
8 rm -f modules.order
最终会生成两个文件，一个是core目录下的haha.ko，一个是driver目录下的 test.ko。这两个文件的加载也要讲究顺序。
如果先加载test.ko的话会出错：
[root: driver]# insmod test.ko
test: Unknown symbol haha
insmod: cannot insert 'test.ko': unknown symbol in module or invalid parameter
这是因为内核不能找到函数haha：
[root: core]# cat /proc/kallsyms | grep haha //没有显示任何东西
所以需要先加载模块haha.ko，这样就可以在/proc/kallsyms中找到
[root: /]# cd review_driver/2nd_module/6th/core/
[root: core]# insmod haha.ko
[root: core]# cat /proc/kallsyms | grep haha
00000000 a haha.c [haha]
bf000000 t $a [haha]
bf00001c t $d [haha]
bf000044 r __kstrtab_haha [haha]
c4827080 ? __mod_license12 [haha]
bf000054 r __ksymtab_haha [haha]
bf000054 r $d [haha]
00000000 a haha.mod.c [haha]
c482708c ? __module_depends [haha]
c4827098 ? __mod_vermagic5 [haha]
bf000280 d __this_module [haha]
bf000000 T haha [haha]
c0225c10 u printk [haha]
[root: core]#
到出符号表之后就可以加载模块test.ko了
[root: core]# cd ../driver/
[root: driver]# insmod test.ko
hello world!
haha!
随便提一下两个小问题：
1)、函数是必须有"#include "
原因一：printk的调用需要
原因二：如果不加上面的命令就不会显示"bf000000 T haha [haha]", 而显示"bf000000 t haha [haha]"，小写t表示该符号未定义。
2）、模块的引用技术：
[root: 6th]# insmod core/haha.ko
[root: 6th]# lsmod
haha 904 0 - Live 0xbf000000 //0 无引用
[root: 6th]# insmod driver/test.ko
hello world!
haha!
[root: 6th]# lsmod
test 1084 0 - Live 0xbf003000
haha 904 1 test, Live 0xbf000000 //被引用一次，test模块引用
可以看到，加载了test.ko时，haha模块产生了变化，如果卸载的时候先卸载haha 是不可以的，因为它还被人引用，必须先卸载test。