Linux驱动linux内核模块简介

提兵百万西湖上,立马吴山第一峰!这篇文章主要讲述Linux驱动linux内核模块简介相关的知识,希望能为你提供帮助。
一. 摘要
这篇文章主要介绍了Linux内核模块的相关概念,以及简单的模块开发过程。主要从模块开发中的常用指令、内核模块程序的结构、模块使用计数以及模块的编译等角度对内核模块进行介绍。在Linux系统开发过程中,以模块的形式开发其重要性不言自明,而在嵌入式设备驱动开发中将驱动程序以模块的形式发布,更是极大地提高了设备使用的灵活性——用户只需要拿到相关驱动模块,再插入到用户的内核中,即可灵活地使用你的设备。
二. 文章提纲
三.概述
Linux内核整体结构已经很庞大,包含了很多的组件,而对于我们工程师而言,有两种方法将需要的功能包含进内核当中。
一:将所有的功能都编译进Linux内核。
二:将需要的功能编译成模块,在需要的时候动态地添加。
上述两种方式优缺点分析:
第一种:
优点:不会有版本不兼容的问题,不需要进行严格的版本检查
缺点:生成的内核会很大;要在现有的内核中添加新的功能,则要编译整个内核
第二种:
优点:模块本身不编译进内核,从而控制了内核的大小;模块一旦被加载,将和其它的部分完全一样。
缺点:可能会有内核与模块版本不兼容的问题,导致内核崩溃;会造成内存的利用率比较低。

四.模块开发常用的指令
在内核模块开发的过程中常用的有以下指令。
1)insmod: 将模块插入内核中,使用方法:#insmod XXX.ko
2)rmmod: 将模块从内核中删除,使用方法:#rmmod XXX.ko
3)lsmod: 列表显示所有的内核模块,可以和grep指令结合使用。使用方法:#lsmod | grep XXX
4)modprobe: modprobe可载入指定的个别模块,或是载入一组相依赖的模块。modprobe会根据depmod所产生的依赖关系,决定要载入哪些模块。若在载入过程中发生错误,在modprobe会卸载整组的模块。依赖关系是通过读取 /lib/modules/2.6.xx/modules.dep得到的。而该文件是通过depmod 所建立。
5)modinfo: 查看模块信息。使用方法:#modinfo XXX.ko
6)tree –a: 查看当前目录的整个树结构。使用方法:#tree -a

五.内核模块程序结构
1)模块加载函数(一般需要)
在用insmod或modprobe命令加载模块时,该函数被执行。完成模块的初始化工作。
Linux内核的模块加载函数一般用__init标识声明,模块加载函数必须以module_init(函数名)的形式被指定。该函数返回整型值,如果执行成功,则返回0,初始化失败时则返回错误编码,Linux内核当中的错误编码是负值,在< linux/errno.h> 中定义。
在Linux中,标识__init的函数在连接时放在.init.text这个区段,而且在.initcall.init中保留一份函数指针,初始化的时候内核会根据这些指针调用初始化函数,初始化结束后释放这些init区段(包括前两者)。
代码清单:

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1 static int __init XXX_init(void) 2 3 { 4 5return 0; 6 } 7 8 9 10 moudle_init(XXX_init);

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2)模块卸载函数(一般需要)
在用rmmod或modprobe命令卸载模块时,该函数被执行。完成与加载相反的工作。
模块的卸载函数和模块加载函数实现相反的功能,主要包括
  1. 若模块加载函数注册了XXX,则模块卸载函数注销XXX
  2. 若模块加载函数动态分配了内存,则模块卸载函数释放这些内存
  3. 若模块加载函数申请了硬件资源,则模块卸载函数释放这些硬件资源
  4. 若模块加载函数开启了硬件资源,则模块卸载函数一定要关闭这些资源
代码清单:
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1 static void __exit XXX_exit(void) 2 3 { 4 5 } 6 7 8 9 moudle_exit(XXX_exit);

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3)模块许可证声明(必须)
如果不声明,则在模块加载时会收到内核被污染的警告,一般应遵循GPL协议。
代码清单:
1 MODULE_LICENSE("GPL");


4)模块参数(可选)
模块在被加载时传递给模块的值,本身应该是模块内部的全局变量。
示例程序book.c
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1 #include < linux/init.h> 2 3 #include < linux/module.h> 4 5 6 7 static char *bookName = "Good Book."; 8 9 static int bookNumber = 100; 10 11 12 13 static int __init book_init(void) 14 15 { 16 17printk(KERN_INFO "Book name is %s\\n", bookName); 18 19printk(KERN_INFO "Book number is %d\\n", bookNumber); 20 21return 0; 22 23 } 24 25 26 27 static void __exit book_exit(void) 28 29 { 30 31printk(KERN_INFO "Book module exit.\\n"); 32 33 } 34 35 36 37 module_init(book_init); 38 39 module_exit(book_exit); 40 41 module_param(bookName, charp, S_IRUGO); 42 43 module_param(bookNumber, int, S_IRUGO); 44 45 46 47 MODULE_LICENSE("GPL");

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在向内核插入模块的时候可以用以下方式,并且可以在内核日志中看到模块加载以后变量已经有了值。
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5)模块导出符号(可选)
使用模块导出符号,方便其它模块依赖于该模块,并使用模块中的变量和函数等。
在Linux2.6的内核中,/proc/kallsyms文件对应着符号表,它记录了符号和符号对应的内存地址。对于模块而言,使用下面的宏可以导出符号。
1 EXPORT_SYMBOL(符号名);


1 EXPORT_GPL_SYMBOL(符号名);


6)模块信息(可选)
模块信息则是指模块的作者信息等。

六.模块使用计数
Linux内核提供了MOD_INC_USE_COUNT和MOD_DEC_USE_COUNT宏来管理模块使用计数。但是对于内核模块而言,一般不会自己管理使用计数。

七.模块的编译
将下面的Makefile文件放在book.c同级的目录下,然后使用#make命令或者#make all命令编译即可生成book.ko模块文件。
对应的Makefile:
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1 ifneq ($(KERNELRELEASE),) 2 3 mymodule_objs := book.o 4 5 obj-m := book.o 6 7 else 8 9 PWD := $(shell pwd) 10 11 KVER ?= $(shell uname -r) 12 13 KDIR := /usr/src/linux-headers-2.6.38-8-generic 14 15 16 17 all: 18 19$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) 20 21 clean: 22 23rm -rf *.mod.c *.mod.o *.ko *.o *.tmp_versions *.order *symvers 24 25 endif

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八.使用模块绕开
如果功能不编译成模块,则无法绕开GPL,编译成模块后公司发布产品则只需要发布模块,而不需要发布源码。为了Linux系统能够支持模块,需要做以下的工作:
  1. 内核编译时选择“可以加载模块”,嵌入式产品一般都不需要卸载模块,则可以不选择“可卸载模块”
  2. 将我们的ko文件放在文件系统中
  3. Linux系统实现了insmod、rmmod等工具
  4. 使用时可以用insmod手动加载模块,也可以修改/etc/init.d/rcS文件,从而在系统启动的时候就加载模块。

九.总结
本文主要介绍内核模块的概念和基本编程方法,内核模块主要由加载、卸载函数功能函数等一系列声明组成。它可以被传入参数,也可以导出符号,供其它的模块使用。
十.补充
学习内核,避免不了要和模块打交道,而模块的编译一直都是用以前写好的makefile文件,没有研究过模块是如何编译的,后来在内核里面找到了一份文档,才发现模块的编译的方式很“丰富”
linux/Document/kbuild/module.txt文件中有详细的讲解。 ---------------------------------------------------------------------------------------
一,一般的模块的编译。
我喜欢用的一种格式如下:

  1. obj-m := find_mod.o
  2. kernel_path=/home/linux/kernel/linux-3.5
  3. all:
  4. make -C $(kernel_path) M=$(PWD) modules
  5. clean:
  6. make -C $(kernel_path) M=$(PWD) clean
只需要指定好三个参数:
1,内核源代码的绝对路径,kernel_path。
2,模块所在的位置,一般都是当前目录,PWD变量指定。
3,产生的模块的目标文件。这文件名要和模块.c文件名一致。
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二,多个C文件的模块编译。
在用户态编程时,很多时候都是多个文件编译,这么多文件组成一个项目。
这么多文件可以由makefile组织到一起,同样模块中也可以编译多个文件。
而且实现起来也特别简单。

  1. obj-m := hello.o
  2. hello-y := hello1.o hello2.o
  3. kernel_path=/home/linux/kernel/linux-3.5
  4. all:
  5. make -C $(kernel_path) M=$(PWD) modules
  6. clean:
  7. make -C $(kernel_path) M=$(PWD) clean
假如有两个C文件,hello1.c hello2.c将这两个文件编译的方式 见上面的Makefile文件。
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三,多个模块同时编译。
C文件:hello.c find_mod.c 目标模块:hello.kofind_mod.ko
  1. obj-m := find_mod.o
  2. obj-m += hello.o
  3. kernel_path = /home/linux/kernel/linux-3.5
  4. all:
  5. make -C $(kernel_path) M=$(PWD) modules
  6. clean:
  7. make -C $(kernel_path) M=$(PWD) clean
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四,其他。
还有很多其他的编译方式,比如说要在包含指定目录的.h文件,该如何包含,加入这个模块中有多个目录,又该怎么编写Makefile,等等,这些在module.txt中就有介绍。
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