Linux内核模块开发

1.LINUX内核模块基础

1.1 什么是内核模块？

Linux内核的整体结构非常庞大，其包含的组件也非常多，如何使用这些组件呢?方法1：把所有的组件都编译进内核文件，即：zImage或bzImage，但这样会导致一个问题：占用内存过多。有没有一种机制能让内核文件本身并不包含某组件，而是在该组件需要被使用的时候，动态地添加到正在运行的内核中呢？
内核模块具有如下特点：
- 1）模块本身并不被编译进内核文件(zImage或者bzImage)；
- 2）可以根据需求，在内核运行期间动态的安装或卸载。

1.2 安装与卸载

安装 insmod 例：insmod /home/dnw_usb.ko
卸载 rmmod 例：rmmod dnw_usb
查看 lsmod 例：lsmod lsmod是列举当存在内存中的所有模块名称，占用大小，有多少个用户正在使用等信息。

2.内核模块设计

2.1 范例代码分析

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


static int hello_init()
{
    printk(KERN_WARNING"Hello world!\n");
    return 0;	
}

static void hello_exit()
{
    printk(KERN_WARNING"hello exit!\n");	
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

1.对比我们的应用程序可以发现，这段代码没有main()函数，大家都知道main()是一个入口函数，难道我们的模块代码不需要入口函数吗？肯定是要的，这个入口函数由module_init()来指明，当使用insmod函数来加载一个模块时，module_init()所指明的函数将会被得到调用，也就是hello_init()将会得到执行。
2.同时当使用rmmod去卸载一个模块时，module_exit()宏所指定的函数将得到调用。
3.需要包含头文件<linux/init.h>和<linux/module.h>
4.函数前面加了static后表示该函数失去了全局可见性，只在该函数所在的文件作用域内可见，其他作用域不能调用此函数
5.打印信息使用的不是printf而是printk，一般提示性的信息会使用KERN_WARING，中间不需要逗号。

2.2Makefile编写

obj-m := helloworld.o

KDIR := /home/linux/workdir/kernel/linux-mini2440

all:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules CROSS_COMPILE=arm-linux- ARCH=arm
    
clean:
    rm -f *.o *.ko *.order *.symvers

obj-m 表示生产文件的名字
如果有多个.c文件则需要采用如下的写法：
- obj-m := helloworld.o
- helloworld-objs := file1.o file2.o file3.o
定义一个Makefile的变量KDIR，保存开发板上运行内核代码的路径，这里根据个人情况编写；
生成目标，make -C $(KDIR)表示进入到内核代码里面，M=${PWD}表明模块代码的路径，就是当前路径，modules表示执行的命令是Make modules，最后指明交叉工具链
清除产生文件

2.3内核模块运行

当开发板采用NFS文件系统时，可以直接把生成的helloworld.ko文件拷贝到文件系统中，然后执行insmod:有些情况会打印出2句警告信息，然后再打印出Hello world!。
再执行rmmod，发现报错了，提示没有****目录，原因在于当卸载一个模块时，在lib/modules/下面有和内核版本一致的目录，如果没有可以新建：mkdir -p /lib/modules/$(uname -r)再卸载，可以看到打印出了hello exit!。

3.内核模块可选信息

1.模块申明

MODULE_LICENSE（”遵守的协议”）申明该模块遵守的许可证协议，如：“GPL“、”GPL v2“等
MODULE_AUTHOR(“作者”)申明模块的作者
MODULE_DESCRIPTION(“模块的功能描述")申明模块的功能
MODULE_VERSION("V1.0")申明模块的版本

2.模块参数

在应用程序中int main(int argc, char** argv)argc表示命令行输入的参数个数,argv中保存输入的参数。
1）那么内核模块中可以通过命令行输入参数么？答案：可以
2）参数怎么传入，传入后保存在哪里？
- 通过宏module_param指定保存模块参数的变量。模块参数用于在加载模块时传递参数给模块
- module_param(name,type,perm)
  - name:变量的名称
  - type：变量类型，bool：布尔型 int：整型 charp：字符串型
  - perm是访问权限。 S_IRUGO：读权限 S_IWUSR：写权限

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

int a = 3;
char *p;

static int hello_init()
{
    printk(KERN_WARNING"hello world!\n");
    printk("a = %d\n",a);	
	printk("p = %s\n", p);
    return 0;
}

static void hello_exit()
{
    printk(KERN_WARNING"hello exit!\n");        	
}

MODULE_LICENSE("GPL");

module_param(a, int, S_IRUGO | S_IWUSR);
module_param(p, charp, S_IRUGO | S_IWUSR);

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

3.符号输出

内核模块中实现的函数需要被另外一个内核模块调用时，需要用到模块符号输出。
内核模块符号的输出使用的宏：
- EXPORT_SYMBOL(符号名)
- EXPORT_SYMBOL_GPL(符号名)，说明：其中EXPORT_SYMBOL_GPL只能用于包含GPL许可证的模块。

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

extern add(int a, int b);

int a = 3;
char *p;

static int hello_init()
{
    printk(KERN_WARNING"hello world!\n");
    printk("a = %d\n",a);	
	printk("p = %s\n", p);
    return 0;
}

static void hello_exit()
{
	add(1, 3);
	printk(KERN_WARNING"hello exit!\n");        	
}

// 模块信息声明
MODULE_LICENSE("GPL");

// 模块参数声明
module_param(a, int, S_IRUGO | S_IWUSR);
module_param(p, charp, S_IRUGO | S_IWUSR);

// 模块函数声明
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

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

int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

static int add_init()
{
	return 0;
}

static void add_exit()
{
    
}

// 模块信息声明
MODULE_LICENSE("GPL");

// 模块符号输出
EXPORT_SYMBOL(add);

// 模块函数声明
module_init(add_init);
module_exit(add_exit);

obj-m := helloworld.o add.o

KDIR := /home/S4_a/part3/lesson3/lesson-2440/linux-mini2440

all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules CROSS_COMPILE=arm-linux- ARCH=arm
	
clean:
	rm -f *.o *.ko *.order *.symvers *.mod.c

定义一个Makefile的变量KDIR，保存开发板上运行内核代码的路径，这里根据个人情况编写。
生成目标，make -C $(KDIR)表示进入到内核代码里面，M=${PWD}表明模块代码的路径，就是当前路径，modules表示执行的命令是Make modules，最后指明交叉工具链。
清除一些中间文件。

Linux内核模块开发

1.LINUX内核模块基础

2.内核模块设计

3.内核模块可选信息

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