Linux内核模块编程初识

Linux 有许多功能是通过模块的方式,  在需要时才载入 kernel。 如此可使 kernel 较为精简,进而提高效率,以及保有较大的弹性。这些可动态加载的模块,通常是系统的设备驱动程序。加载模块采用 insmod 指令,其常用语法如下。
 insmod [-fkmpsvxX] [-o<模块名称>] [模块文件]
 其中的参数解释如下。
  -f:不检查目前 kernel 版本与模块编译时的 kernel 版本是否一致,强制将模块载入。
  -k:将模块设置为自动卸载。
  -m:输出模块的载入信息。
  -p:测试模块是否能正确地载入 kernel。
  -s:将所有信息记录在系统记录文件中。
  -v:执行时显示详细的信息。
  -x:要汇出模块的外部符号。
  -X:汇出模块所有的外部符号,此为预设置。
  • rmmod(卸载模块)指令
  Linux 把系统的许多功能编译成一个个单独的模块,待有需要时再分别加载它们,如果不再需要这些模块的时候,就可以使用 rmmod 命令来卸载这些模块。其语法如下。
  rmmod [-as] [模块名称...]
  其使用参数说明如下。
  -a:删除所有目前不需要的模块。
  -s:把信息输出至 syslog 常驻服务,而非终端机界面

/* hello.c */
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static  int  hello_init(void)
{
       printk(KERN_ALERT "Hello, World/n");
       return  0;
}

static  int  hello_exit(void)
{
      printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world/n");
}

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);
这个模块什么也不干，只是在模块加载时打印一条信息，卸载时也打印一条信息。麻雀虽小，但五脏具全，MODULE_LICENSE()指明认证方式，现在支持的有：“GPL” “GPL v2" "GPL and additional rights" "Dual BSD/GPL" "Dual MIT/GPL" "Dual MPL/GPL" "Proprietary"，这是内核2.6里新添加的，实验发现它不是必需的。module_init()指明模块的入口，这是必需的；module_exit()指明模块的出口，这也是必需的。

编译使用make的扩展功能，在与hello.c同一目录下创建一个Makefile文件，内容如下：

/* Makefile */

TARGET=hello
KDIR=/usr/src/linux-headers-2.6.31-19-generic
PWD=$(shell pwd)

obj-m:=$(TARGET).o
default:
 make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
其中TARGET指明了目标文件的名字，KDIR指明了引用头文件的位置，请根据具体情况修改该文件。不过有几点要说明，模块的编译需要有一个内核源码的目录结构，如果有内核源码当然更好，直接把KDIR改为源码的路径就OK了。当然只有一个内核目录结构也就可以了，毕竟需要的只是头文件，及一些编译脚本，在Linux各发行版的/usr/src/下是有这样一个目录结构的，比如我的系统为Ubuntu9.10，内核为2.6.31-19的通用版，在/usr/src/下就有linux-headers-2.6.31-19-generic这样一个目录。所以我使用KDIR=/usr/src/linux-headers-2.6.31-19-generic。其实还有一个目录名为linux-headers-2.6.31-19，而且你会发现linux-headers-2.6.31-19-generic里的大部分文件只是指向linux-headers-2.6.31-19的一些链接，不过linux-headers-2.6.31-19里面默认缺少一些编译模块所需要的文件，不要使用它。

接下来，你只要使用make命令，就可以进行编译了，make会为你处理好一切，它会根据KDIR找到编译所需要的文件。如果你运气好的话，你的当前目录下就会成生hello.o hello.mod.o hello.mod.c modules.order Module.markers Module.symvers hello.ko，当然可爱的hello.ko就是我们想要的。到此你的模块已经成功生成了，接下来便可以加载这个模块看看效果了。

使用insmod ./hello.ko来加载模块，如果你遇到insmod: error inserting 'hello.o'  :-l invalid module format这样的错误，不用惊慌，并不是你的模块有问题，而是你当前运行的内核版本与你编译链接的头文件版本不一致，所以会出现格式不对的问题。此时，你可以更换系统内核，也可以下载一个与系统版本一致的内核源码重新编译该模块。如果你没有遇到任何问题，也没有打印出任何信息，那么恭喜你，你的内核加载成功了，你可以使用lsmod命令来罗列出当前你系统加载的所有模块，相信你在列表中会找到hello的。你可能会疑惑，为什么没有如我们想像中的那样，打印出"Hello, World"？呵呵，这是因为printk并不会把打印内容打印到你当面的终端，要知道模块是运行在内核态的，而你所能面对的是用户态，内核态的打印信息需要通过log或者dmesg命令来查看，想看到打印結果，最简单的方法是敲入dmesg命令，你就可以看到你所希望看到的信息了，同时，你也可以打开/var/log/message这个文件进行查看。

最后，使用rmmod hello来卸载模块，同样，使用dmesg可以看到打印出的"Goodbye, cruel world"。