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  • ubuntu下编译内核模块

    内核模块是Linux内核向外部提供的一个插口,其全称为动态可加载内核模块(Loadable Kernel Module,LKM),我们简称为模块。Linux内核之所以提供模块机制,是因为它本身是一个单内核(monolithic kernel)。单内核的最大优点是效率高,因为所有的内容都集成在一起,但其缺点是可扩展性和可维护性相对较差,模块机制就是为了弥补这一缺陷。

    一、 什么是模块

    模块是具有独立功能的程序,它可以被单独编译,但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行,这与运行在用户空间的进程是不同的。模块通常由一组函数和数据结构组成,用来实现一种文件系统、一个驱动程序或其他内核上层的功能。


    应用程序与内核模块的比较
    为了加深对内核模块的了解,表一给出应用程序与内核模块程序的比较。
    表一 应用程序与内核模块程序的比较

      C语言应用程序 内核模块程序
    使用函数 Libc库 内核函数
    运行空间 用户空间 内核空间
    运行权限 普通用户 超级用户
    入口函数 main() module_init()
    出口函数 exit() module_exit()
    编译 Gcc –c Makefile
    连接 Gcc insmod
    运行 直接运行 insmod
    调试 Gdb kdbug, kdb,kgdb等

    从表一我们可以看出,内核模块程序不能调用libc库中的函数,它运行在内核空间,且只有超级用户可以对其运行。另外,模块程序必须通过module_init()和module-exit()函数来告诉内核“我来了”和“我走了”。

    二、 编写一个简单的模块

    模块和内核都在内核空间运行,模块编程在一定意义上说就是内核编程。因为内核版本的每次变化,其中的某些函数名也会相应地发生变化,因此模块编程与内核版本密切相关。以下例子针对Ubuntu 9.10  内核2.6.31-14-generic

    1.程序举例

    hello.c

    #include<linux/module.h>
    #include<linux/kernel.h>
    #include<linux/init.h>
    MODULE_LICENSE("GPL");
    static int __init lkp_init(void)
    {
        printk(KERN_ALERT "Hello World!\n");
        return 0;
    }
    static void __exit lkp_cleanup(void)
    {
        printk(KERN_ALERT "Bye World!\n");
    }
    module_init(lkp_init);
    module_exit(lkp_cleanup);
    MODULE_AUTHOR("heyutao");
    MODULE_DESCRIPTION("hello");
    

    说明

    所有模块都要使用头文件module.h,此文件必须包含进来。
    头文件kernel.h包含了常用的内核函数。
    头文件init.h包含了宏_init和_exit,它们允许释放内核占用的内存。
    lkp_init是模块的初始化函数,它必需包含诸如要编译的代码、初始化数据结构等内容。
    使用了printk()函数,该函数是由内核定义的,功能与C库中的printf()类似,它把要打印的信息输出到终端或系统日志。
    lkp_cleanup是模块的退出和清理函数。此处可以做所有终止该驱动程序时相关的清理工作。
    module_init()和cleanup_exit()是模块编程中最基本也是必须的两个函数。
    module_init()是驱动程序初始化的入口点。而cleanup_exit()注销由模块提供的所有功能。

    2  编写Makefile 文件,与hello.c 放在同一个目录里

    obj-m := hello.o
    KERNELBUILD :=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
    default:
        make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules
    clean:
        rm -rf *.o *.ko *.mod.c .*.cmd *.markers *.order *.symvers .tmp_versions
    

     (注意makefile里面要求的tab)

    KERNELBUILD :=/lib/modules/$(shell uname -r)/build是编译内核模块需要的Makefile的路径,Ubuntu下是

    /lib/modules/2.6.31-14-generic/build

    make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules 编译内核模块。-C 将工作目录转到KERNELBUILD,调用该目录下的Makefile,并向这个Makefile传递参数M的值是$(shell pwd) modules。

    3. 编译模块

    #sudo make    (调用第一个命令default)

    这时,在hello.c 所在文件夹就会有 hello.ko ,这个就是我们需要的内核模块啦

    #sudo make clean

    清理编译垃圾,hello.ko 也会清理掉。

    4. 插入模块,让其工作。注意必须是root权限

    #sudo insmod ./hello.ko
    我们用dmesg 就可以看到 产生的内核信息啦,Hello world!

    如果没有输出"hello from hello world",因为如果你在字符终端而不是终端模拟器下运行的话,就会输出,因为在终端模拟器下时会把内核消息输出到日志文件/var/log/kern.log中。


    #sudo rmmod ./hello
    再用dmesg 可以看到 Bye world!

    modutils是管理内核模块的一个软件包。可以在任何获得内核源代码的地方获取Modutils(modutils- x.y.z.tar.gz)源代码,然后选择最高级别的patch.x.y.z等于或小于当前的内核版本,安装后在/sbin目录下就会有 insomod、rmmod、ksyms、lsmod、modprobe等实用程序。当然,通常我们在加载Linux内核时,modutils已经被载 入。
    1.Insmod命令
    调用insmod程序把需要插入的模块以目标代码的形式插入到内核中。在插入的时候,insmod自动调用init_module()函数运行。注意,只有超级用户才能使用这个命令,其命令格式为:
    # insmod  [path] modulename.ko
    2. rmmod命令
    调用rmmod程序将已经插入内核的模块从内核中移出,rmmod会自动运行cleanup_module()函数,其命令格式为:
    #rmmod  [path] modulename.ko
    3.lsmod命令
    调用lsmod程序将显示当前系统中正在使用的模块信息。实际上这个程序的功能就是读取/proc文件系统中的文件/proc/modules中的信息,其命令格式为:
    #lsmod
    4.ksyms命令

    ksyms这个程序用来显示内核符号和模块符号表的信息。与lsmod相似,它的功能是读取/proc文件系统中的另一个文件/proc/kallsyms。

    这就是在2.6.xx下一个最简单的模块编写过程。







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