Linux内核编程初体验 —— hello world

我们实验班的学习方向是Linux设备驱动编写。Linux设备驱动会以内核模块的形式出现，因此，学会编写Linux内核模块编程是学习Linux设备驱动的先决条件。

 

首先得了解一下什么是模块： 模块是具有独立功能的程序，它可以被单独编译，但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行，这与运行在用户空间的进程是不同的。模块通常由一组函数和数据结构组成，用来实现一种文件系统、一个驱动程序或其他内核上层的功能。

这样说吧，模块就是整个内核的一部分。但是跟C程序中函数不一样的一点是，内核模块可以在它所认为适当的时候，插入到内核或者从内核中删除，而且还不影响内核的正常运行。从而可以在必要的时候对内核进行裁剪，这样能够更好的适应于用户的需求。

 

废话少说了。我们现在就开始进入内核编写的阶段，看一看怎么样将一个C程序一步步变成相应的内核模块。

每一个学习过编程语言的人都知道，第一个示例程序肯定是hello world。我们内核编程的第一个例子也不例外，就是编写一个hello world模块。

首先让我们在电脑里编写一段C语言代码，hello.c。代码如下：

//必要的头文件 #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/init.h> //模块许可证声明（必须） MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); //模块加载函数（必须） static int hello_init(void) { printk(KERN_ALERT "Hello World enter/n"); return 0; } //模块卸载函数（必须） static void hello_exit(void) { printk(KERN_ALERT "Hello World exit/n"); } //模块的注册 module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); //声明模块的作者（可选） MODULE_AUTHOR("XXX"); //声明模块的描述（可选） MODULE_DESCRIPTION("This is a simple example!/n"); //声明模块的别名（可选） MODULE_ALIAS("A simplest example");

以上就是一个最简单的内核模块的例子程序。我们通过这个例子来分析一下内核模块的特点。

1、在内核模块的开始一部分，跟C语言的一般程序一样，是模块所需要的头文件。

2、模块许可证声明，这部分是必须有的。模块许可证（LICENSE）声明描述内核模块的许可权限，如果不声明LICENSE，模块被加载时，将收到内核被污染（kernel tainted）的警告。大多数情况下，内核模块应遵守GPL兼容许可权。Linux2.6内核模块最常见的是以MODULE_LICENSE（"Dual BSD/GPL")语句声明模块采用BSD/GPL双LICENSE。

3、模块加载函数，这部分是必须的。模块加载函数必须以“module_init(函数名)“的形式被指定。它返回整形值，若初始化成功，应返回0。在上面那个例子当中，hello_init（）函数就是模块加载函数需要执行的，主要是打印一条信息。

4、跟模块加载函数相对应的就是模块卸载函数，这部分也是必须的。模块卸载函数在模块卸载的时候执行，不返回任何值，必须以“module_exit(函数名)“的形式来指定。在上面的例子中，hello_exit（）函数就是模块卸载函数需要执行的，只要是打印了一条退出信息。

5、函数最后的一部分，是模块声明与描述部分。这部分可以有，也可以省略。在Linux内核模块中，我们可以用MODULE_AUTHOR,MODULE_DESCRIPTION,MODULE_VERSION,MODULE_DEVICE_TABLE,MODULE_ALIAS分别声明模块的作者、描述、版本、设备表和别名。

注：

1、module_init（）是驱动程序初始化的入口点。它就相当于c语言程序中的main（）函数。对于内置的模块，内核在引导时调用该引导点，对于可加载模块则在模块插入到内核时才调用。

2、模块加载函数和模块卸载函数中都用到了printk（）函数，该函数是由内核定义的，功能与C库中的printf（）类似，它把要打印的信息输出到终端或系统日志中。在本例中，我们是将初始化的打印信息输出到日志中，我们在看它对应的输出时，这时可以用dmesg命令来查看。

 

编写完了.c文件，下面我们就要对其进行对应的操作，要把一个普通的.c文件变成我们所需要的内核文件。一般我们理解，应该是应用几条Linux下的命令就可以搞定（如gcc，g++……），这里的理解是对的，我们就是需要几个命令就OK。但是我们知道，编译这个需要敲打的命令过于多，要输入内核版本的号，路径，和编写模块的路径与信息。如果每次都输入这么多，那肯定是太麻烦。这时我们就想到了Makefile文件，通过它来管理一个庞大的项目是再好不过的。下面我们就在刚才.c文件目录下编写一个Makefile文件。对应的代码如下：

obj-m += hello.o #generate the path CURRENT_PATH:=$(shell pwd) #the current kernel version number LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r) #the absolute path LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL) #complie object all: make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules #clean clean: make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean

首先第一句话就是指定要编译的文件。

pwd是获得当前的相对路径，然后就是获得当前的内核版本号，我们可以用uname -r命令，这样我们就获得了当前内核的绝对路径。这样做的一个好处，就是你可以在不同的内核版本中进行移植，而且可读性也增强了。

对于其他的Makefile语法上的问题就不在这里介绍。不会的，可以看看相应的语法介绍。

 

有了Makefile文件后，我们就离成功不远了。在.c文件的同一目录下，执行make命令，系统会在当前目录下生成好多个文件。其中就有与之相关的.o和.ko文件。hello.ko就是模块目标文件。到此，模块编译好了。

 

模块编译好了，但是还不能为我们工作。下面就是将目标模块插入到内核和从内核中删除。这里需要用到两个命令，insmod和rmmod 我们光看这两个命令单词就能猜出他们的意思。输入命令：sudo insmod hello.ko（注意要用sudo），这时没有任何提示，很多人会很奇怪，刚才不是说过，模块加载后，程序中要对应输出一条提示信息，怎么这里什么都没有。大家不要急，再想一想刚才所用到的打印信息的函数printk（），它与我们平常C库的printf（）函数不一样，不是运行在用户界面上的，所以肯定不会在终端上显示出信息。要看信息必须要进入到日志文件中。这时我们再输入命令进到系统日志：dmesg，我们把界面拖到最后，会发现有一条信息，Hello World enter。哈哈，这正是我们所需要的，说明我们刚才编写的模块已经插入到内核当中了。接下来再试一试删除命令，输入命令：sudo rmmod hello.ko，这时跟刚才的插入命令一样，没有什么反应。再输入命令打开系统日志，我们会发现在刚才 Hello World enter命令后面会有一个新的信息Hello World exit，这说明我们的模块卸载成功。这样我们就大功告成，庆祝一下吧。

 

除了加载和删除模块，我们也可以用命令 lsmod 来查看当前系统中加载的所有模块及模块间的依赖关系。如果刚才我们加载了hello模块并没有删除，用这个命令，我们会在其中找到hello这一项，这样也可以说明我们自己编写的模块加载成功。相应的，如果我们删除了该模块，用这个命令后，hello模块不会出现。lsmod命令实际上读取并分析/proc/modules文件。

使用modinfo<模块名>命令可以获得模块的信息，包括模块的作者，说明，参数……也就是我们刚才编写模块时可选的几个部分。

 

到此为止，最基本的模块编写的入门就完了。这只是个基础，希望我们大家都能练习一下。