Linux设备驱动开发详解：基于最新的Linux4.0内核最新章节_宋宝华著

4.1
Linux内核模块简介

Linux内核的整体架构本就非常庞大，其包含的组件也非常多。而我们怎样把需要的部分都包含在内核中呢？

一种方法是把所有需要的功能都编译到Linux内核中。这会导致两个问题，一是生成的内核会很大，二是如果我们要在现有的内核中新增或删除功能，将不得不重新编译内核。

有没有另一种机制可使得编译出的内核本身并不需要包含所有功能，而在这些功能需要被使用的时候，其对应的代码被动态地加载到内核中呢？

Linux提供了这样的机制，这种机制被称为模块（Module）。模块具有这样的特点。

·模块本身不被编译入内核映像，从而控制了内核的大小。

·模块一旦被加载，它就和内核中的其他部分完全一样。

为了使读者初步建立对模块的感性认识，我们先来看一个最简单的内核模块“Hello World”，如代码清单4.1所示。

代码清单4.1　一个最简单的Linux内核模块

 1　/*
 2　 * a simple kernel module: hello
 3　 *
 4　 * Copyright (C) 2014 Barry Song  (baohua@kernel.org)
 5　 *
 6　 * Licensed under GPLv2 or later.
 7　 */
 8
 9　#include <linux/init.h>
10　#include <linux/module.h>
11　
12　static int __init hello_init(void)
13　{
14　  printk(KERN_INFO "Hello World enter\n");
15　  return 0;
16　}
17　module_init(hello_init);
18　
19　static void __exit hello_exit(void)
20　{
21　  printk(KERN_INFO "Hello World exit\n ");
22　}
23　module_exit(hello_exit);
24　
25　MODULE_AUTHOR("Barry Song <21cnbao@gmail.com>");
26　MODULE_LICENSE("GPL v2");
27　MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World Module");
28　MODULE_ALIAS("a simplest module");

这个最简单的内核模块只包含内核模块加载函数、卸载函数和对GPL v2许可权限的声明以及一些描述信息，位于本书配套Ubuntu的/home/baohua/develop/training/kernel/drivers/hello目录。编译它会产生hello.ko目标文件，通过“insmod./hello.ko”命令可以加载它，通过“rmmod hello”命令可以卸载它，加载时输出“Hello World enter”，卸载时输出“Hello World exit”。

内核模块中用于输出的函数是内核空间的printk（）而不是用户空间的printf（），printk（）的用法和printf（）基本相似，但前者可定义输出级别。printk（）可作为一种最基本的内核调试手段，在Linux驱动的调试章节中将会详细讲解。

在Linux中，使用lsmod命令可以获得系统中已加载的所有模块以及模块间的依赖关系，例如：

Module          Size Used by
hello           9 472 0
nls_iso8859_1   12 032 1
nls_cp437       13 696 1
vfat            18 816 1
fat             57 376 1 vfat
...

lsmod命令实际上是读取并分析“/proc/modules”文件，与上述lsmod命令结果对应的“/proc/modules”文件如下：

$ cat /proc/modules
hello 12393 0 - Live 0xe67a2000 (OF)
nls_utf8 12493 1 - Live 0xe678e000
isofs 39596 1 - Live 0xe677f000
vboxsf 42561 2 - Live 0xe6767000 (OF)
…

内核中已加载模块的信息也存在于/sys/module目录下，加载hello.ko后，内核中将包含/sys/module/hello目录，该目录下又有一个refcnt文件和一个sections目录，在/sys/module/hello目录下运行“tree–a”可得到如下目录树：

root@barry-VirtualBox:/sys/module/hello# tree -a
.
├── coresize
├── holders
├── initsize
├── initstate
├── notes
│ └── .note.gnu.build-id
├── refcnt
├── sections
│ ├── .exit.text
│ ├── .gnu.linkonce.this_module
│ ├── .init.text
│ ├── .note.gnu.build-id
│ ├── .rodata.str1.1
│ ├── .strtab
│ └── .symtab
├── srcversion
├── taint
└── uevent
3 directories, 15 f iles

modprobe命令比insmod命令要强大，它在加载某模块时，会同时加载该模块所依赖的其他模块。使用modprobe命令加载的模块若以“modprobe-r filename”的方式卸载，将同时卸载其依赖的模块。模块之间的依赖关系存放在根文件系统的/lib/modules/<kernel-version>/modules.dep文件中，实际上是在整体编译内核的时候由depmod工具生成的，它的格式非常简单：

kernel/lib/cpu-notifier-error-inject.ko: kernel/lib/notifier-error-inject.ko
kernel/lib/pm-notifier-error-inject.ko: kernel/lib/notifier-error-inject.ko
kernel/lib/lru_cache.ko:
kernel/lib/cordic.ko:
kernel/lib/rbtree_test.ko:
kernel/lib/interval_tree_test.ko:
updates/dkms/vboxvideo.ko: kernel/drivers/gpu/drm/drm.ko

使用modinfo<模块名>命令可以获得模块的信息，包括模块作者、模块的说明、模块所支持的参数以及vermagic：

# modinfo hello.ko
filename:       /home/baohua/develop/training/kernel/drivers/hello/hello.ko
alias:          a simplest module
description:    A simple Hello World Module
license:        GPL v2
author:         Barry Song <21cnbao@gmail.com>
depends:        
vermagic:       4.0.0-rc1 SMP mod_unload 686

4.1 Linux内核模块简介

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