内核模块编程---hello world

原 作者 杜肖孟 | 发表于 | 分类于 2015级

什么是内核模块？

其全称为动态可加载内核模块。之所以提供模块机制，是因为Linux是“单块内核”的操作系统，单内核的最大优点是效率高，因为所有的内容都集中在一起，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。Linux内核是模块化组成的，它允许我们方便地在运行时动态地向内核中插入或从中删除代码。

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。它在运行时加载，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。

特点：

装入的内核模块和其他内核部分完全一样，具有相同的访问权限，因此，差的内核模块会导致系统崩溃；

模块编程和内核版本密切相连，内核版本和模块版本的不兼容，也可能导致系统崩溃；

这些代码被一并组合在一个单独的二进制镜像中，这样基本内核镜像就尽可能的小，而且灵活性很好否则，在需要添加新硬件或者升级设备驱动时，必须重新构建内核。

用户层编程和内核模块编程的区别

选项 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 libc 库 内核函数
运行空间 main() module_init
出口函数 exit() module_exit
编译 gcc makefile
链接 gcc insmod
运行 直接运行 insmod
入口函数 libc 库 内核函数
调试 gdb kdbug 、 kdb 、 kgdb

下面编写简单的内核模块

还是从最经典的hello world写起。

/*************************************************************************
        > File Name: hello.c
        > Author: Tanswer_
        > Mail: 98duxm@gmail.com
        > Created Time: 2017年02月27日 星期一 10时53分58秒
 ************************************************************************/

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

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static int hello_init(void)
{
    printk("hello world\n");
    return 0;
}

static void hello_exit(void)
{
    printk("Goodbye world\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

简单来看看代码

语法和我们平时写的C代码差异比较大，我也还没有适应，有机会再继续写。必要的两个函数：加载函数和卸载函数，分别还有另一种写法。printk是内核态下的打印函数。还可以加模块的声明与描述，比如：MODULE_AUTHOR("Tanswer");//作者。我们详细看一下头文件，在编译前需要配一下环境。

头文件

 #include <linux/module.h>  所有模块都要使用的
 #include <linux/kernel.h>  包含了常用的内核函数
 #include <linux/init.h>    包含了宏_init和_exit，它们允许释放内核占用的内存

内核头文件的位置：/usr/src/kernels/
用户层头文件的位置：/usr/include

我进入/usr/src/后发现里面是空的，并没有源码树，所以执行 #yum install kernel-devel 安装源码树。安装完成后，我发现我的uname -r 和 源码树目录显示的内核版本号不一致
这里写图片描述

这就导致了我写的Makefile出现了问题，见下面代码。

Makefile

obj-m := hello.o

CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
KERNEL_NUM:= $(shell uname -r)
#KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/$(KERNEL_NUM)
KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/3.10.0-514.6.2.el7.x86_64

all:
#        make -C $(KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_DIR) modules
        make -C $(KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
        make -C $(KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean

第一次我写的是注释掉的那句，结果make 的时候显示路径名不正确，上面的原因我还不知道，懂得请赐教。所以我直接将路径名写上去了，就是现在的那句。我再次make，看下图：

这里写图片描述

又出现了两个错误，我逐个解决，上面那个错误，提示说please install libelf-dev or elfutils-libelf-devel 那我就乖乖听话装上它，然后我再次make：

这里写图片描述

上面那个错误已经解决，剩下这个以前用makefile的时候也没遇到过，我google了一下，发现有提这个问题的，但是没有解决方法。我没办法，有点失望就随手点开Makefile来看，然后……我就发现了一个小错误。。。Makefile代码中 -C 后指定的是 Linux 内核源代码的目录，而 M= 后指定的是 hello.c 和 Makefile 所在的目录，但是我第一次写成了CURRENT_DIR，就是我注释掉的那句，可明明我定义的变量是CURRENT_PATH，然后我就改过来了。再次make，终于终于终于

这里写图片描述

编译正确。
这里写图片描述

补充（转）：
.ko 是kernel object 的缩写，是Linux 2.6内核使用的动态连接文件，在Linux系统启动时加载内核模块

链接和运行

1.insmod hello.ko  加载模块
2.dmesg            查看结果
3.rmmod            卸载模块

补充：常用的模块编程命令

1.lsmod命令查看系统中加载了的所有模块以及模块间的依赖关系
2.cat /proc/modules来查看加载模块信息
3.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，该目录下又包含一个 refcnt 文件和一个 sections 目录，在 /sys/module/hello 目录下运行 tree -a 可以看到他们之间的关系
4.使用 modinfo < 模块名 > 命令可以获得模块的信息，包括模块的作者，模块的说明，某块所支持的参数以及 vermagic

这里写图片描述