贺东升：编写简单的内核模块

作者简介

西安邮电大学2019级陈莉君教授研究生，初学内核的小白，热爱Linux内核。 正在努力学习内核，内核伴我成长:blush:

        从最初学习使用Linux OS，到学习Linux内核，再到自己编写内核模块，顺利实现模块的装载和卸载，这是一个非常有趣的过程。下面我将内核模块的学习内容和大家分享，将学习Linux内核的快乐简单的传递。       

构造和运行模块的过程

模块源代码  hds.c文件：

Makefile文件：

编译模块

 $ make      

为方便在当前终端查看日志打印信息，在装载模块前输入如下命令

 $ tail -f /var/log/kern.log &

装载模块

 $ sudo insmod hds.ko

查看装载的模块

 $ lsmod

卸载模块

 $ sudo rmmod hds

查看模块是否已卸载

 $ lsmod

模块的组成

基本结构：

头文件+初始化函数+清除函数+引导内核的模块入口+引导内核的模块出口+模块许可证

编写内核代码所用到的头文件包含在内核代码树的include/及其子目录中，例如module.h,kernel.h,init.h,这三个头文件全部包含在/include/linux/中。这三个头文件以预处理指令的形式写在模块源代码的首部：

 # include <linux/module.h>
 # include <linux/init.h>
 # include <linux/kernel.h>

在编译模块源文件之前，由预处理程序对预处理指令进行预处理。对于#include 来说，就是把module.h中的内容读进来，放在#include 的位置，取代了#include 指令行。然后由这些头文件的内容和其他部分一起组成一个完整的，可以用来编译的最后的源程序，然后由编译程序对该源程序正式进行编译，才得到目标程序。内核模块代码编译后得到目标文件后缀为.o

module.h在内核代码树的位置为linux-2.6.0/include/linux/module.h,头文件module.h包含了对模块的结构定义以及模块的版本控制，可装载模块需要的大量符号和函数定义（初学阶段知道写模块必须包含这个头文件，还有头文件大致的内容，先知道是什么，后面再深入分析源代码）。module.h的源码如下（只是开头部分）：

init.h在内核代码树的位置为linux-2.6.0/include/linux/init.h,在init.h这个文件中包含了两个非常重要的宏init 和 exit。在init.h的源代码中，对于两种宏的用法和作用给出了说明，源代码说明如下：

宏__ init用于将一些函数标记为“初始化”函数。内核可以将此作为一个提示，即该函数仅在初始化阶段使用，并在初始化阶段之后释放使用的内存资源。模块被装载之后，模块装载器就会将初始化函数扔掉，这样可将该函数占用的资源释放出来。宏__init的用法如下：

宏 exit的用法和 init一样，它的作用是标记该段代码仅用于模块卸载（编译器将把该函数放在特殊的ELF段中）。即被标记为__ exit的函数只能在模块被卸载时调用。

kernel.h包含了内核常用的API，比如printk()在kernel.h源代码的定义如下：

模块功能函数也可以称为初始化函数，模块功能函数的定义如下：

模块功能函数是在模块被装入内核后调用的，也就是在模块的代码被装入内核内存后，才调用模块功能函数。注意：__ init 标记只是一个可选项，并不是写所有模块代码都要加 __ init。但是在测试我们自己写的模块时，最好加上 __ init。因为我们在写一个模块功能函数的时候，可能这个函数里面有定义的变量，当调用这个函数的时候，就要为变量分配内存空间，但注意，此时分配给变量的内存，是在内核空间分配的，也就是说分配的是内核内存。所以说如果只是想要测试一下模块的功能，并不需要让模块常驻内核内存，那就应该在执行完函数后，将当初分配给变量的内存释放。为了达到这个效果，只需要把这个函数标记为 __init属性。

清除函数的定义如下：

__ exit标记该段代码仅用于模块卸载，被标记为 __ exit的函数只能在模块被卸载或者系统关闭时调用。如果一个模块未被定义为清除函数，则内核不允许卸载该模块。

驱动程序初始化出口点源码定义如下：

module _ exit()-驱动程序出口点。当驱动程序被删除时运行的函数。当驱动程序是一个模块时，module _ exit()将使用cleanup _ module()包装驱动程序清理代码。如果驱动程序被静态编译到内核中，则module _ exit()没有作用。每个模块只能有一个。

编写内核模块，需要添加模块许可证。如果没有添加模块许可证，会收到内核被污染的警告

 module license unspecified taints kernel

内核被污染可能会导致驱动程序的一些系统调用无法使用。

make和Makefile

make是内核的编译器，对Makefile文件进行编译。Makefile可以看成是针对make程序的配置文件，当我们执行make命令时，make就会在当前目录下寻找Makefile文件，然后根据Makefile的配置对源文件进行编译。

内核模块

Linux内核模块的概念：

• 内核模块是一段可以动态加载进内核的代码

• 在Linux内核源码树以外来开发并编译一个模块，称为树外开发

• 之所以提供模块机制，是因为Linux内核本身是一个单内核，单内核由于所有内容都集成在一起，效率很高，但可扩展性和可维护性较差，模块机制可弥补这一缺陷。

内核模块的两种加载方式

• 静态加载：在内核启动过程中加载

• 动态加载：在内核运行的过程中随时加载