linux内核学习(一)------------模块
1.1 linux内核模块简介
模块是linux提供的动态加载代码的功能。模块具有如下特点：
1.模块一旦被加载，就和内核其它部分完全一样。
2.模块本身不被编译进内核，从而控制了内核的大小
1.2 下面是一个常见的内核模块的举例：
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
static int __init lkp_init(void)
{
printk("<1>Hello,world! frome the kernel space...\n");
return 0;
}
static void __exit lkp_cleanup(void)
{
printk("<1>Goodbye,world! leaving kernel space...\n");
}
module_init(lkp_init);
module_exit(lkp_cleanup);
MODULE_LICENSE("GPL");
对应的makefile:
#Makefile
obj-m += hellomod.o #编译为模块
CUR_PATH := $(shell pwd) #取当前路径
LINUX_KERNEL := $(shell uname -r) #取当前内核版本号
LINUX_KERNEL_PATH := /usr/src/kernels/linux-$(LINUX_KERNEL) #当前linux版本源码路径
all:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CUR_PATH) modules #编译模块
clean:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CUR_PATH) clean #清理模块
1.3 内核模块常用的命令:
insmod:安装模块
rmmod:卸载模块
lsmod:查看已安装的模块,其实分析的是/proc/modules文件
内核中已加载的模块信息位于/sys/module目录下，加载hellomod.ko后，通过tree -a可以看到如下信息
[root@localhost hellomod]# tree -a
.
├── holders
├── initstate
├── notes
│ └── .note.gnu.build-id
├── refcnt
├── sections
│ ├── .exit.text
│ ├── .gnu.linkonce.this_module
│ ├── .init.text
│ ├── .note.gnu.build-id
│ ├── .rheldata
│ ├── .rodata.str1.4
│ ├── .strtab
│ └── .symtab
└── srcversion
3 directories, 12 files
[root@localhost hellomod]#
moinfo:查看模块信息
modprobe:该命令比insmod,rmmod要强大，如果以modprobe -r filename方式卸载，将同时卸载其依懒的模块，模块之间的依懒关系存放在根文件系统的/lib/modeuls/<kernel-version>/modules.dep文件中，这个实际上是在编译内核的时候由depmod工具生成的。
1.4 模块程序结构
(1)模块加载函数
返回值为int,如果初始化成功返回0，如果失败应该返回相应的错误码。在linux内核里，错误码是一个接近于0的负值，在<linux/errno.h>里定义，总是返回相应的错误码，可以使用户态程序通过
perror得到有意义的错误信息。
以__init标识，在linux中，所有被标识为__init的函数如果直接被编译进内核，成为内核镜像的一部分，在链接时会放在.init.text这个段内。
#define __init __attribute__((__section__(".init.text")))
所有__init函数在段.initcall.init中还保存了一份函数指针，在初始化时内核会通过这些函数指针调用这些函数，并在初始化完成后，释放init段（包括.init.text,.initcall.init）的内存。
除了函数以外，数据也可以被定义为__initdata,对于只是初始化阶段需要的数据，内核在初始化完成以后，也可以释放它们所占的内在。
另外，在Linux内核中，可以使用request_modeul(const char *fmt,...)函数加载内核模块，这样可以灵活地加载模块。
(2)模块卸载函数
在模块卸载时执行，不返回任何值。
__exit来修饰，可以告诉内核如果相关模块直接编译进内核(built-in)方式，则卸载函数会被忽略，直接不链接进最后的映像。因为模块内置，退出函数就没有必要了。
1.5模块参数
可以使用module_param(参数名，参数类型，读/写权限）为模块定义一个参数。
如下所示，为模块定义了一个整形参数和一个字符指针参数。
static int irq;
static char *interface;
module_param(interface,charp,0644);
module_param(irq,int,0644);
在装载模块时，用户可以指定参数 "insmod 模块名 参数名＝参数值"，如果不指定，则使用默认值。
如果模块内置，无法通过insmod指定参数，可以在bootloader通过bootargs里设置"模块名.参数名＝值"的形式给模块传递参数。
参数类型可以是byte,short,ushort,int,uint,long,ulong,charp(字符指针),bool,invbool(布尔的反)，在模块编译时，会将module_param中声明的类型与变量定义的类型进行比较，判断是否一致。
除此之外，模块也可以拥有参数数组，形式为module_param_array(数组名，数组类型，参数读/写权限）
模块被加载后，在/sys/module目录下将出现以模块名命名的目录。当参数读写权限为0时，表示此参数不存在sysfs文件系统下对应的文件节点。如果此模块存在读写不为0的参数，在此模块的目录下会出现parameters目录，其中包含一系列以参数名命名的文件节点，这些文件的权限就是传入module_param的参数读/写权限。
运行insmod安装模块时，应该使用逗号分隔数组元素。
1.6导出符号
/proc/kallsyms文件对应着内核的符号表，它记录了符号以及符号所在的内存地址。
模块可以使用如下宏导出符号到内核符号表中:
EXPORT_SYSBOL(符号名);
EXPORT_SYMBOL_GPL(符号名);
导出的符号可以被其它模块使用，只需要使用前声明一下即可。EXPORT_SYMBOL_GPL只适用于包含GPL许可权的模块。
1.7模块声明与描述
我们可以使用MODULE_AUTHOR,MODULE_DESCRIPTION,MODULE_VERSION,MODULE_DEVICE_TABLE,MODULE_ALIAS分别声明模块的作者，描述，版本，设备和别名。
1.8模块使用计数
Linux2.6以后的内核提供了try_module_get(&module)和module_put(&module)接口来管理模块的计数。模块的计数一般不必由模块自身管理，而且模块计数管理器还考虑了SMP与PREEMPT机制的影响。
int try_module_get(struct module *module);
用来增加模块的使用计数；返回0表示调用失败，表示使用的模块没有被加载或正在被卸载。
void module_put(struct module *module);
用来减少模块的使用计数。
这2个接口的引入，使用与2.6内核以后的内核下的设备模型密切相关。2.6内核以后为不同类型的设备定义了struct module *owner域，用来指向管理此设备的模块。当开始使用某个设备时，内核用try_module_get增加管理此设备owner模块的使用计数；当不再使用此设备时，内核使用module_put减少引用计数。这样，当设备在使用时，模块便不能被卸载。只有当设备不再使用时，才可以卸载。