《Linux内核API》

版本	作者	参与者	完成日期	备注
YanlzLinux_Kernel_V01_1.0	严立钻		2020.02.05

##《Linux内核API》发布说明：

++++“Linux内核API”：是对“Linux系统编程”的综合探索；开发Linux环境下的应用程序时，需要使用大量的Linux函数；这些函数有的属于Linux操作系统的API；底层的驱动内核工程师是嵌入式领域的重要岗位，也是一个公司的技术核心，根据芯片具体情况把操作系统（如Linux）移植到上面；同时编写必要的驱动程序，改写相应的内核代码；

++++“Linux内核API”：定位在一个科普类知识，了解Linux环境下的应用程序开发；从基础Linux、C语言、数据结构开始，到ARM、汇编、Linux内核、驱动等！

@@提示：有些博客可能只是开了头，如果感兴趣的同学，可以“点赞”或“评论区留言”，只要关注的同学多了，那就会继续完善哟！（“++==”，表示没有写完的，如果关注度不高就不完善了；“++ok++”，表示此篇博客已经完成，是阶段性完整的！）

$$$$博客溯源：

++++【Linux系统编程】分类：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/category_9694767.html

++++【Linux C函数与算法】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104076473

++++【Linux系统编程】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104151861

++++【Linux从入门到放弃】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104176967

++++【C++C铸就生存利器】分类：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/category_9325802.html

++++【人工智能AI2026】分类：https://blog.csdn.net/vrunsoftyanlz/category_9212024.html

++++【立钻哥哥CSDN空间】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/

++++VR云游戏=Unity+SteamVR+云技术+5G+AI；（*说明：AI人工智能不是我们的主要研究技术，只是了解一下，领略一下有风的感觉！**但是，*VR是我们的研究重点）

##《Linux内核API》目录

#第一篇：Linux从入门到放弃篇

#第二篇：Linux C篇

#第三篇：Linux系统编程篇

#第四篇：Linux内核API篇

#第五篇：Linux驱动开发篇

#第六篇：Linux系统安全篇

#第七篇：立钻哥哥带您Linux内核驱动开发

#第一篇：Linux从入门到放弃篇

++++立钻哥哥：开发Linux环境下的应用程序时，需要使用大量的Linux函数；这些函数有的属于Linux操作系统的API；底层的驱动内核工程师是嵌入式领域的重要岗位，也是一个公司的技术核心，根据芯片具体情况把操作系统（如Linux）移植到上面；同时编写必要的驱动程序，改写相应的内核代码；

++++【Linux从入门到放弃】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104176967

#第二篇：Linux C篇

++++立钻哥哥：开发Linux环境下的应用程序时，需要使用大量的Linux函数；这些函数有的属于Linux操作系统的API，有的属于C语言的标准库函数；

++++【Linux C函数】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104076473

#第三篇：Linux系统编程篇

++++立钻哥哥：开发Linux环境下的应用程序时，需要使用大量的Linux函数；这些函数有的属于Linux操作系统的API，有的属于C语言的标准库函数；

++++【Linux系统编程】：https://blog.csdn.net/VRunSoftYanlz/article/details/104151861

#第四篇：Linux内核API篇

++++立钻哥哥：Linux编程主要是以用户层面上的编程为主，一般涉及用户API；相对于特定的硬件平台，只对所用到的特定的内核API做简要说明；对于使用Linux内核进行编程开发，需要全面了解内核API；

++++D1、Linux内核API概述

++++D2、Linux内核模块机制

++++D3、Linux进程管理内核

++++D4、Linux进程调度内核

++++D5、Linux中断机制内核

++++D6、Linux内存管理内核

++++D7、Linux内核定时机制

++++D8、Linux内核同步机制

++++D9、Linux文件系统内核

++++D10、Linux设备驱动及设备管理

++++D11、立钻哥哥带您Linux内核驱动开发

++D1、Linux内核API概述

++++立钻哥哥：内核API与用户API是具有本质区别的，因为它们所运行的系统模式是不同的；若要进行Linux内核源代码分析与内核API验证，需要具备一定的基础知识，掌握了这些基础知识后，才能在Linux内核源代码分析与内核API验证实力的理解中做到游刃有余；

++++Linux可以运行在两种模式下：用户模式（user mode）和内核模式（kernel mode）；

++Linux内核编程注意事项

++++立钻哥哥：当编写一个普通程序时，有时会包含stdlib.h文件，也就是说我们使用了C标准库，这是典型的用户模式编程，在这种情况下，用户模式的应用程序要链接标准C库；

++++[不能使用浮点运算]：因为Linux内核在切换模式时不保存处理器的浮点状态；

++++[不要让内核程序进行长时间等待]：Linux操作系统本身是抢占式的，但是内核是非抢占内核，就是说用户空间的程序可以抢占运行，但是内核空间程序不可以；

++++[尽可能保持代码的整洁性]：内核调试不像调试应用程序那样方便，因此，在前期代码编写的过程中保持代码的整洁易懂，将大大方便后期的调试；

++++[Linux内核API有很多配对使用]：例如，文件引用计数有加操作，也会有相应的减操作；如果在实验中进行了“引用计数”加操作，函数执行后未进行减操作还原，那么可能会出现系统崩溃；

++++在内核模式下编程，系统内的所有资源都是由内核来统一调配的，并且数量有限，因此申请资源用完后一定要进行释放，避免出现死锁情况；

++Linux内核2.6内核模块的Makefile模板

++++立钻哥哥：在Linux2.6内核中，模块的编译需要配置过的内核源代码；编译过程首先会到内核源码目录下读取顶层的Makefile文件，然后再返回模块源码所在目录；经过编译、链接后生成的内核模块文件的后缀为.ko；

ifneq($(KERNELRELEASE))

mymodule-objs:= mymodule1.0 mymodule2.0 #依赖关系

obj-m += mymodule.o #编译、链接后将生成mymodule.o模块

else

PWD := $(shell pwd)

KVER := $(shell uname -r)

KDIR := /lib/modules/$(KVER)/build

all:

$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) #此处将再次调用make

clean:

rm -rf *.o *.mod.c *.ko *.symvers *.order *.markers *~

endif

++内核调试函数printk

++++立钻哥哥：printk()是内核使用的函数，因为内核没有链接标准C函数库，其实printk()接口和printf()基本相似，printk()函数能够在终端一次最多显示大小为1024个字节的字符串；

++++printk()函数执行时首先设法获取控制台信号量，然后将要输出的字符存储到控制台的日志缓冲区，在调用控制台驱动程序来刷新缓冲区；若printk()无法获得控制台信号量，则只能把要输出的字符存储到日志缓冲区，并依赖拥有控制台信号量的进程来刷新这个缓冲区；

++++printk()函数会将数据存储到日志缓冲区，但是为了安全考虑，在这之前需要使用日志缓冲区锁，保证并发调用printk()的安全性；

printk(记录级别 “格式化输出信息”);

++++[KERN_EMERG]： “<0>”：这是一个最高优先输出的紧急事件消息，表示操作系统崩溃前会进行输出提示信息；

++++[KERN_ALERT]：”<1>”：输出警告消息，通知需要采取措施；

++++[KERN_CRIT]：”<2>”：这是一个临界情况，当发生严重的软件或硬件操作失败时，进行输出提示信息；

++++[KERN_ERR]：”<3>”：当系统检测到发生一个错误时，会输出信息；设备驱动程序常用“KERN_ERR”来报告硬件的错误信息；

++++[KERN_WARNING]：”<4>”：提示信息，一般用于提醒；常用在于系统安全相关的消息输出；

++++[KERN_NOTICE]：”<5>”：这是一个普通的提示，系统输出时乣注意的情况信息；

++++[KERN_INFO]：”<6>”：非正式的消息，可能无关紧要，例如驱动程序进行挂载时，一般打印硬件相关信息；

++++[KERN_DEBUG]：”<7>”：这是用于程序开发与调试的信息，完成编码后，这类信息一般都要删除；

++D2、Linux内核模块机制

++++立钻哥哥：内核模块；

++++D2.1、__module_address()

++++D2.2、__module_ref_addr()

++++D2.3、__module_text_address()

++++D2.4、__print_symbol()

++++D2.5、__symbol_get()

++++D2.6、__symbol_put()

++++D2.7、find_module()

++++D2.8、find_symbol()

++++D2.9、module_is_live()

++++D2.10、module_put()

++++D2.11、module_refcount()

++++D2.12、sprint_symbol()

++++D2.13、symbol_put_addr()

++++D2.14、try_module_get()

++++D2.15、use_module()

++D2.1、__module_address()

++++立钻哥哥：函数__module_address()主要用于根据给定的一个内存地址addr，获得该内存地址所在的模块；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/kernel/module.c；

struct module *__module_address(unsigned long addr);

++++[返回值说明]：如果内存地址addr在某一模块的地址空间中，则返回指向该模块的结构体指针，否则返回NULL；

++D2.2、__module_ref_addr()

++++立钻哥哥：函数__module_ref_addr()的功能是获得模块mod的引用计数所在的内存地址单元，从而通过改变该地址单元的内容，实现对其引用计数的改变；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/include/linux/module.h；

static inline local_t __module_ref_addr(struct module mod, int cpu);

++D2.3、__module_text_address()

++++立钻哥哥：函数__module_text_address()的功能是获得一个模块指针，但必须满足条件：addr所表示的内存地址落在该模块的代码段中；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/kernel/module.c；

struct module *__module_text_address(unsigned long addr);

++++D2.4、__print_symbol()

++D2.4、__print_symbol()

++++立钻哥哥：函数__print_symbol()的功能与sprint_symbol()的函数功能相似，实际上，__print_symbol()函数的实现中调用了函数sprint_symbol()；该函数根据一个内存中的地址address查找一个内核符号，并将该符号的基本符号（例如符号名name）、它在内核符号表中的偏移offset和大小size、所属的模块名（如果有的话）等信息以格式化串fmt的形式输出；而sprint_symbol()函数则是将这些信息放到文本缓冲区buffer中；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/kernel/kallsys.c；

void __print_symbol(const char *fmt, unsigned long address);

++D2.5、__symbol_get()

++++立钻哥哥：函数__symbol_get()的功能是根据给定的内核符号名symbol，获得该符号的内存地址；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/kernel/module.c；

void __symbol_get(const char symbol);

++++[返回值说明]：返回一个void类型指针，其值代表内核符号symbol的地址；如果不存在内核符号symbol，则返回NULL；

++D2.6、__symbol_put()

++++立钻哥哥：函数__symbol_put()的功能是根据给定的内核符号名symbol，找到其所在的内核模块，并将该模块的引用计数减1；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/kernel/module.c；

void __symbol_put(const char *symbol);

++D2.7、find_module()

++++立钻哥哥：函数find_module()用来获得一个指向模块的指针；它是根据给定的模块名字查找模块链表，如果找到一个与给定的模块名字相匹配的模块，则返回该模块的指针；由于一个模块的名字是唯一的且不允许有重名的模块，因此基于模块名查找模块是可行的；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/kernel/module.c；

struct module find_module(const char name);

++++[返回值说明]：返回值是一个struct module类型的指针，如果find_module()函数查找模块成功，则返回值指向查找到的名为name的模块，如果查找不成功，则返回NULL；

//立钻哥哥：模块结构体module在内核文件linux-2.6.30/include/linux/module.h中定义；

struct module{

/* 模块当前的状态，state取值有三种情况：

* MODULE_STATE_LIVE, 指示模块当前正在使用

* MODULE_STATE_COMING, 指示正在加载模块

* MODULE_STATE_GONING, 指示正在退出模块

enum module_state state;

struct list_head list; //指向模块链表中的下一个模块

... ...

/* 向内核空间导出的符号 */

const struct kernel_symbol *syms; //指向模块的符号表，表的大小为num_syms

const unsigned long *crcs;

unsigned int num_syms; //模块中符号的个数

/* 内核参数 */

struct kernel_param *kp;

unsigned int num_kp;

... ...

};

++D2.8、find_symbol()

++++立钻哥哥：函数find_symbol()通过给定的内核符号的名字name，以及bool型参数gplok，warn来查找内核符号，并返回描述该符号的结构体指针；如果内核符号存在于动态插入的模块且参数owner不为空，则指针owner指向该模块；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/kernel/module.c；

const struct kernel_symbol find_symbol(const char name, struct module owner, const unsigned long crc, bool gplok, bool warn);

++D2.9、module_is_live()

++++立钻哥哥：函数module_is_live()的功能是判断模块mod是否处于活动状态；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/include/linux/module.h；

static inline int module_is_live(struct module *mod);

++++[参数mod]：模块结构体指针，结构体中包含模块的名称、状态、所属的模块链表等；

++++[返回值说明]：该函数返回一个整型值，如果为1表示模块处于live(not going)状态；如果为0，则模块mod处于going状态；

++D2.10、module_put()

++++立钻哥哥：函数module_put()的功能是将一个特定模块module的引用计数减1，这样当一个模块的引用计数因为不为0而不能从内核中卸载时，可以调用此函数一次或多次，实现对模块计数的清零，从而实现模块卸载；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/kernel/module.c；

void module_put(struct module *module);

++++[参数module]：指向模块结构体的指针，结构体中包含模块的名称、状态、所属的模块链表等；

++D2.11、module_refcount()

++++立钻哥哥；函数module_refcount()是用来获得模块的引用计数；每个模块的结构体描述符module中都有一个该模块被引用次数的计数次数，它或者是一个指针或者是一个local_t类型变量；

++++[函数位置]：linux-2.6.30/kernel/module.c；

unsigned int module_refcount(struct module *mod);

++++[参数mod]：表示指向模块结构体的指针，结构体中包含模块的名称、状态、所属的模块链表等；

++++[返回值说明]：返回值是一个unsigned int的类型，它的值表示模块被引用的次数；

++D2.12、sprint_symbol()

++++立钻哥哥：函数sprint_symbol()根据一个内存中的地址address查找一个内核符号，并将该符号的基本信息，如符号名name，它在内核符号表中的偏移offset和大小size，所属的模块名（如果有的话）等信息连接成字符串赋值给文本缓冲区buffer；其中所查找的内核符号可以是原本就存在于内核中的符号，也可以是位于动态插入的模块中的符号；