Linux内核模块的编译基础知识

关于内核驱动的东西网络上有很多，但网上的东西还是感觉有点笼统，读过之后就忘了，还是需要写下来，或者写到本子上，自己形成一个概念好一些。读了这本书上的东西，把觉得好的东西写下来，已备不时之用，也强化记忆。

1 内核模块的概念

介绍内核模块的同时，也说明一下和应用程序的区别。虽然内容很多，但觉得都很有用。

1、内核模块是一些可以让操作系统内核在需要时载入和执行的代码，同时在不需要的时候可以卸载。这是一个好的功能，扩展了操作系统的内核功能，却不需要重新启动系统，是一种动态加载的技术。

特点：动态加载，随时载入，随时卸载，扩展功能

2、内核模块的加载作用：只是向linux内核预先注册自己，以便于将来的请求使用。

也就是告诉内核，它有了新增的功能，而并不马上使用（执行），而应用程序在加载后就开始执行。

3、内核模块的代码编写没有外部的函数库可以用，只能使用内核导出的函数。而应用程序习惯于使用外部的库函数，在编译时将程序与库函数链接在一起。例如对比printf( ) and printk( )

4、内核模块代码运行在内核空间，而应用程序在用户空间。应用程序的运行会形成新的进程，而内核模块一般不会。每当应用程序执行系统调用时，linux执行模式从用户空间切换到内核空间。

2 内核模块的框架

最少两个入口点

*模块加载函数

*模块卸载函数

通常使用module_init() and module_exit()两个宏定义声明模块的加载函数和卸载函数，这个定义在linux2.6.x/include/linux/init.h中。内容为：

#define module_init(x) __initcall(x)

//在内核启动或模块加载时执行

#define module_exit(x) __exitcall(x)

//在模块卸载时执行

*每一个模块只能有一个module_init 和一个module_exit。

一个简单的内核模块的源代码.c格式如下：

-------------------------------------------------------------------------------------------

＃include<linux/module.h>   //所有内核模块都必须包含这个头文件

＃include<linux/kernel.h>    //使用内核信息优先级时要包含这个

＃include<linux/init.h>         //一些初始化的函数如module_init()

MODULE_LICENSE("GPL");  //模块许可声明

static int hello_init(void)

{}

static void hello_exit(void)

{}

module_init(hello_init);

module_exit(hell0_exit);

这两个函数只是一种内部的声明，或者说内部实现加载的一种方式，说到低还是在模块内部的，内核并没有加载模块，真正要加载模块要使用命令insmod卸载用rmmod.

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3    2.6 系列内核模块的编译和加载

这里讲到内核模块的编译，2。6版本引入了kbuild，将外部内核模块的编译和内核源码树的编译统一起来了。

内核源码树的目录下都有两个文件Kconfig（2.4版本是Config.in）和Makefile。分布到各目录的Kconfig构成了一个分布式的内核配置数据库，每个Kconfig分别描述了所属目录源文件相关的内核配置菜单。在内核配置make menuconfig(或xconfig等)时，从Kconfig中读出菜单，用户选择后保存到.config的内核配置文件中。在内核编译时，主 Makefile调用这个.config，就知道了用户的选择。

*上面的内容说明了，Kconfig就是对应着内核的配置菜单。如果要想添加新的驱动到内核的源码中，可以修改Kconfig,这样就可以选择这个驱动，如果想使这个驱动被编译，要修改Makefile

添加新的驱动时需要修改的文件有两种（注意不只是两个）

*Kconfig

*Makefile

要想知道怎么修改这两种文件，就要知道两种文件的语法结构

3.1 Kconfig

每个菜单都有一个关键字标识，最常见的就是config

语法：

config

symbol是一个新的标记的菜单项，options是在这个新的菜单项下的属性和选项

其中options部分有：

1、类型定义：

每个config菜单项都要有类型定义，bool布尔类型、 tristate三态：内建、模块、移除 string字符串、 hex十六进制、 integer整型

例如config HELLO_MODULE

bool "hello test module"

bool类型的只能选中或不选中，tristate类型的菜单项多了编译成内核模块的选项，如果选择编译成内核模块，则会在.config中生成一个CONFIG_HELLO_MODULE=m的配置，如果选择内建，就是直接编译成内核影响，就会在.config中生成一个 CONFIG_HELLO_MODULE=y的配置.

2、依赖型定义depends on或requires

指此菜单的出现与否依赖于另一个定义

config HELLO_MODULE

bool "hello test module"

depends on ARCH_PXA

这个例子表明HELLO_MODULE这个菜单项只对XScale处理器有效。

3、帮助性定义

只是增加帮助用关键字help或者---help---

3.2 内核的Makefile

在linux2.6.x/Documentation/kbuild目录下有详细的介绍有关kernel makefile的知识。

2.6内核的Makefile分为5个组成部分：

Makefile     最顶层的Makefile 
.config        内核的当前配置文件，编译时成为定层Makefile的一部分
arch/$(ARCH)/Makefile    与体系结构相关的Makefile
s/ Makefile.*      一些Makefile的通用规则
kbuild Makefile           各级目录下的大概约500个文件，编译时根据上层Makefile传下来的宏定义和其他编译规则，将源代码编译成模块或者编入内核

顶层的Makefile文件读取 .config文件的内容，并总体上负责build内核和模块。Arch Makefile则提供补充体系结构相关的信息。 s目录下的Makefile文件包含了所有用来根据kbuild Makefile 构建内核所需的定义和规则。

（其中.config的内容是在make menuconfig的时候，通过Kconfig文件配置的结果，上面已经说过）

对于大部分内核模块或设备驱动的开发者和使用者来说，最常接触到的就是各层目录下基于kbuild架构的kbuild Makefile文件。主要部分有：
1、目标定义，目标定义就是用来定义哪些内容要做为模块编译，哪些要编译链接进内核。

最简单的只有一行，如
obj-y += foo.o
表示要由foo.c或者foo.s文件编译得到foo.o并链接进内核，而obj-m则表示该文件要作为模块编译。除了y，m以外的obj-x形式的目标都不会被编译。

由于既可以编译成模块，也可以编译进内核，更常见的做法是根据.config文件的CONFIG_ 变量来决定文件的编译方式，如：
obj-$(CONFIG_HELLO_MODULE) += hello.o ,这个已经在7.2.3.1中说明过。
除了obj-形式的目标以外，还有lib-y library库，hostprogs-y 主机程序等目标，但是基本都应用在特定的目录和场合下
2、多目标

一个内核模块由多个源文件编译而成，这是Makefile有所不同。

采用模块名加 –objs后缀或者 –y后缀的形式来定义模块的组成文件。

如以下例子：
obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o
ext2-y := balloc.o bitmap.o
ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o
模 块的名字为ext2，由balloc.o和bitmap.o两个目标文件最终链接生成ext2.o 直至ext2.ko文件，是否包括xattr.o取决于内核配置文件的配置情况。如果CONFIG_EXT2_FS的值是y也没有关系，在此过程中生成的 ext2.o将被链接进built-in.o最终链接进内核。这里需要注意的一点是，该kbuild Makefile所在的目录中不应该再包含和模块名相同的源文件如ext2.c/ext2.s

或者写成如-objs的形式：
obj-$(CONFIG_ISDN) += isdn.o
isdn-objs := isdn_net_lib.o isdn_v110.o isdn_common.o
3、目录的迭代

obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/
如果CONFIG_EXT2_FS 的值为y或m，kbuild将会将ext2目录列入向下迭代的目标中，但是其作用也仅限于此，具体ext2目录下的文件是要作为模块编译还是链入内核，还是有ext2目录下的Makefile文件的内容来决定的

4、不同的模块编译方式

编译模块的时候，你可以将模块放在代码树中，用Make modules的方式来编译你的模块，你也可以将模块相关文件目录放在代码树以外的位置，用如下命令来编译模块：
make -C path/to/kernel/src M=$PWD modules
-C指定内核源码的根目录，$PWD 或 `PWD` 是当前目录的环境变量，告诉kbuild回到当前目录来执行build操作。

5、模块安装

当你需要将模块安装到非默认位置的时候，你可以用INSTALL_MOD_PATH 指定一个前缀，如：
make INSTALL_MOD_PATH=/foo modules_install
模块将被安装到 /foo/lib/modules目录下

注意2。6和2。4版本编译结果的不同，内核模块在2。6下是.ko后缀，取代了2。4下的.o后缀，使内核模块和普通的目标文件区别开。（比较好呀）

【转自：http://www.eefocus.com/manu20/blog/08-07/152597_cfc44.html#articletop】