Linux内核模块实例

来源：互联网发布：java中的构造器是什么编辑：程序博客网时间：2024/06/06 18:44

http://blog.csdn.net/xinyuwuxian/article/details/9274895

Linux 内核模块加载函数一般以_ _init 标识声明，典型的模块加载函数的形式如代码所示：

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1   static int _ _init initialization_function(void)   
2   {     
3   /* 初始化代码 */   
4   }   
5   module_init(initialization_function);  

模块加载函数必须以“module_init(函数名)”的形式被指定。它返回整型值，若初始化成功，应返回 0。而在初始化失败时，应该返回错误编码。在 Linux 内核里，错误编码是一个负值，在<linux/errno.h>中定义，包含-ENODEV、-ENOMEM 之类的符号值。返
回相应的错误编码是种非常好的习惯，因为只有这样，用户程序才可以利用 perror 等方法把它们转换成有意义的错误信息字符串。

在 Linux 2.6 内核中，可以使用 request_module(const char *fmt, …)函数加载内核模块，驱动开发人员可以通过调用

request_module(module_name);

或

request_module("char-major-%d-%d", MAJOR(dev), MINOR(dev));

来加载其他内核模块。

在 Linux 内核中，所有标识为_ _init 的函数在连接的时候都放在.init.text 这个区段内，此外，所有的_ _init 函数在区段.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_ _init 函数，并在初始化完成后释放 init 区段（包括.init.text，.initcall.init 等）。

模块卸载函数

Linux 内核模块卸载函数一般以_ _exit 标识声明，典型的模块卸载函数的形式如代码所示：

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1  static void _ _exit cleanup_function(void)   
2  {   
3  /* 释放代码 */   
4  }   
5  module_exit(cleanup_function);   

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。

通常来说，模块卸载函数要完成与模块加载函数相反的功能，如下所示。

若模块加载函数注册了 XXX，则模块卸载函数应该注销 XXX。

若模块加载函数动态申请了内存，则模块卸载函数应释放该内存。

若模块加载函数申请了硬件资源（中断、DMA 通道、I/O 端口和 I/O 内存等）的占用，则模块卸载函数应释放这些硬件资源。

若模块加载函数开启了硬件，则卸载函数中一般要关闭硬件。

和_ _init 一样，_ _exit 也可以使对应函数在运行完成后自动回收内存。实际上，_ _init 和_ _exit 都是宏，其定义分别为：

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#define _ _init _ _attribute_ _ ((_ _section_ _ (".init.text")))  

和

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#ifdef MODULE   
#define _ _exit _ _attribute_ _ ((_ _section_ _(".exit.text")))   
#else   
#define _ _exit _  _attribute_used_  _  _  _attribute_  _  ((_  _section_ _(".exit.text")))   
#endif   

数据也可以被定义为_initdata 和_exitdata，这两个宏分别为：

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#define _ _initdata_ _attribute_ _ ((_ _section_ _ (".init.data")))   

和

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#define _ _exitdata_ _attribute_ _ ((_ _section_ _(".exit.data")))  

模块参数

我们可以用“module_param(参数名,参数类型,参数读/写权限)”为模块定义一个参数，例如下列代码定义了一个整型参数和一个字符指针参数：

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static char *book_name = "深入浅出 Linux 设备驱动";   
static int num = 4000;   
module_param(num, int, S_IRUGO);   
module_param(book_name, charp, S_IRUGO);   

在装载内核模块时，用户可以向模块传递参数，形式为“insmode（或 modprobe）模块名参数名=参数值”，如果不传递，参数将使用模块内定义的默认值。

参数类型可以是 byte、short、ushort、int、uint、long、ulong、charp（字符指针）、bool 或 invbool（布尔的反），在模块被编译时会将 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。

模块被加载后，在/sys/module/目录下将出现以此模块名命名的目录。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“参数读/写权限”不为 0 的命令行参数，在此模块的目录下还将出现 parameters目录，包含一系列以参数名命名的文件节点，这些文件的权限值就是传入module_param()的“参数读/写权限”，而文件的内容为参数的值。

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,数组长,参数读/写权限)”。从 2.6.0～2.6.10 版本，需将数组长变量名赋给“数组长”，从 2.6.10 版本开始，需将数组长变量的指针赋给“数组长”，当不需要保存实际输入的数组元素个数时，可以设置“数组长”为 NULL。运行 insmod 或 modprobe 命令时，应使用逗号分隔输入的数组元素。

现在我们定义一个包含两个参数的模块（如代码所示），并观察模块加载时被传递参数和不传递参数时的输出。

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1  #include <linux/init.h>       
2  #include <linux/module.h>    
3  MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");                                   
4     
5  static char *book_name = "dissecting Linux Device Driver";        
6  static int num = 4000;       
7           
8  static int book_init(void)              
9  {                                   
10  printk(KERN_INFO " book name:%s\n",book_name);                           
11  printk(KERN_INFO " book num:%d\n",num);                                  
12  return 0;                                   
13 }                                   
14 static void book_exit(void)                                   
15 {                                   
16  printk(KERN_ALERT " Book module exit\n ");                               
17 }                                   
18 module_init(book_init);                                   
19 module_exit(book_exit);                                   
20 module_param(num, int, S_IRUGO);                                   
21 module_param(book_name, charp, S_IRUGO);   
22                                    
23 MODULE_AUTHOR("Song Baohua, author@linuxdriver.cn");   
24 MODULE_DESCRIPTION("A simple Module for testing module params");   
25 MODULE_VERSION("V1.0");   

对上述模块运行“insmod book.ko”命令加载，相应输出都为模块内的默认值，通过查看“/var/log/messages”日志文件可以看到内核的输出，如下所示：

[html] view plaincopy
[root@localhost driver_study]# tail -n 2 /var/log/messages   
Jul  2 01:03:10 localhost kernel:  <6> book name:dissecting Linux Device Driver   
Jul  2 01:03:10 localhost kernel:  book num:4000  

当用户运行“insmod book.ko book_name='GoodBook' num=5000”命令时，输出的是用户传递的参数，如下所示：

[html] view plaincopy
[root@localhost driver_study]# tail -n 2 /var/log/messages   
Jul  2 01:06:21 localhost kernel:  <6> book name:GoodBook   
Jul  2 01:06:21 localhost kernel:  book num:5000   

导出符号

Linux 2.6 的“/proc/kallsyms”文件对应着内核符号表，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：

EXPORT_SYMBOL(符号名);

EXPORT_SYMBOL_GPL(符号名);

导出的符号将可以被其他模块使用，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。代码清单给出了一个导出整数加、减运算函数符号的内核模块的例子（这些导出符号没有实际意义，只是为了演示）。

[html] view plaincopy
1  #include <linux/init.h>                                   
2  #include <linux/module.h>                                   
3  MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");                                   
4                                     
5  int add_integar(int a,int b)                                   
6  {                                   
7   return a+b;                                
8  }    
9                                    
10 int sub_integar(int a,int b)                                   
11 {                                   
12  return a-b;                                
13 }                               
14    
15 EXPORT_SYMBOL(add_integar);   
16 EXPORT_SYMBOL(sub_integar);   

从“/proc/kallsyms”文件中找出 add_integar、sub_integar 相关信息：

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[root@localhost driver_study]# cat /proc/kallsyms | grep integar   
c886f050 r _ _kcrctab_add_integar        [export]   
c886f058 r _ _kstrtab_add_integar        [export]   
c886f070 r _ _ksymtab_add_integar        [export]   
c886f054 r _ _kcrctab_sub_integar        [export]   
c886f064 r _ _kstrtab_sub_integar        [export]   
c886f078 r _ _ksymtab_sub_integar        [export]   
c886f000 T add_integar  [export]   
c886f00b T sub_integar  [export]   
13db98c9 a _ _crc_sub_integar    [export]   
e1626dee a _ _crc_add_integar    [export]   

模块声明与描述

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，例如：

MODULE_AUTHOR(author);

MODULE_DESCRIPTION(description);

MODULE_VERSION(version_string);

MODULE_DEVICE_TABLE(table_info);

MODULE_ALIAS(alternate_name);

对于 USB、PCI 等设备驱动，通常会创建一个 MODULE_DEVICE_TABLE，如代码所示：

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1 /* 对应此驱动的设备表 */    
2 static struct usb_device_id skel_table [] = {    
3 { USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID,    
4    USB_SKEL_PRODUCT_ID) },    
5   { } /* 表结束 */    
6 };    
7    
8 MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table);   

此时，并不需要读者理解 MODULE_DEVICE_TABLE 的作用，后续相关章节会有详细介绍。

模块的使用计数

Linux 2.4 内核中，模块自身通过 MOD_INC_USE_COUNT 、MOD_DEC_USE_COUNT 宏来管理自己被使用的计数。

Linux 2.6 内核提供了模块计数管理接口 try_module_get(&module)和 module_put (&module)，从而取代 Linux 2.4 内核中的模块使用计数管理宏。模块的使用计数一般不必由模块自身管理，而且模块计数管理还考虑了 SMP 与 PREEMPT 机制的影响。

int try_module_get(struct module *module);

该函数用于增加模块使用计数；若返回为 0，表示调用失败，希望使用的模块没有被加载或正在被卸载中。

void module_put(struct module *module);

该函数用于减少模块使用计数。

try_module_get ()与 module_put()的引入与使用与 Linux 2.6 内核下的设备模型密切相关。Linux 2.6 内核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，内核使用 try_module_get(dev->owner)
去增加管理此设备的 owner 模块的使用计数；当不再使用此设备时，内核使用module_put(dev->owner)减少对管理此设备的 owner 模块的使用计数。这样，当设备在使用时，管理此设备的模块将不能被卸载。只有当设备不再被使用时，模块才允许被
卸载。

在Linux 2.6内核下，对于设备驱动工程师而言，很少需要亲自调用try_module_get()与 module_put()，因为此时开发人员所写的驱动通常为支持某具体设备的 owner 模块，对此设备 owner 模块的计数管理由内核里更底层的代码（如总线驱动或是此类设备共用的核心模块）来实现，从而简化了设备驱动的开发。

模块的编译

我们可以为hello的模板编写一个简单的 Makefile，如下所示：

obj-m := hello.o

并使用如下命令编译 Hello World 模块，如下所示：

make -C /usr/src/linux-2.6.15.5/ M=/driver_study/ modules

如果当前处于模块所在的目录，则以下命令与上述命令同等：

make – C /usr/src/linux-2.6.15.5 M=$(pwd) modules

其中-C 后指定的是 Linux 内核源代码的目录，而 M=后指定的是 hello.c 和 Makefile

所在的目录，编译结果如下所示：

[html] view plaincopy
[root@localhost  driver_study]#  make  -C  /usr/src/linux-2.6.15.5/ M=/driver_study/ modules   
make: Entering directory '/usr/src/linux-2.6.15.5'   
  CC [M]  /driver_study/hello.o   
/driver_study/hello.c:18:35: warning: no newline at end of file   
  Building modules, stage 2.   
  MODPOST   
  CC      /driver_study/hello.mod.o   
  LD [M]  /driver_study/hello.ko   
make: Leaving directory '/usr/src/linux-2.6.15.5'   

从中可以看出，编译过程中经历了这样的步骤：先进入 Linux 内核所在的目录，并编译出 hello.o 文件，运行 MODPOST 会生成临时的 hello.mod.c 文件，而后根据此文件编译出 hello.mod.o，之后连接 hello.o 和 hello.mod.o 文件得到模块目标文件
hello.ko，最后离开 Linux 内核所在的目录。中间生成的 hello.mod.c 文件的源代码如下所示：

[html] view plaincopy
1   #include <linux/module.h>   
2   #include <linux/vermagic.h>   
3   #include <linux/compiler.h>   
4      
5   MODULE_INFO(vermagic, VERMAGIC_STRING);   
6      
7   struct mo

0 0