HelloWorld內(nèi)核

開始斷斷續(xù)續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)核，大概半年了，多少開始對內(nèi)核有點感悟了，但是對于這個龐然大物我顯得很渺小，在枯燥的內(nèi)核源碼之中似乎沒有一點點成功的喜悅，因此我選擇學(xué)習(xí)內(nèi)核模塊編程，通過編寫一些內(nèi)核模塊來體驗?zāi)且稽c點小小的成就感吧！

什么是內(nèi)核模塊

內(nèi)核模塊是具有獨立功能的程序。它可以被單獨編譯，但是不能單獨運行，它的運行必須被鏈接到內(nèi)核作為內(nèi)核的一部分在內(nèi)核空間中運行。

最簡單的內(nèi)核模塊

#include //所有模塊都必須包含的頭文件#include //一些宏定義，例如這里的KERN_INFOint init_module(void) { printk(KERN_INFO "Hello world 1.\n"); /* * 返回非0表示模塊初始化失敗，無法載入 */ return 0; }void cleanup_module(void) { printk(KERN_INFO "Goodbye world 1.\n"); } //一個模塊至少需要兩個函數(shù)，一個初始化函數(shù)這里是init_module在載入內(nèi)核的時候調(diào)用, //一個結(jié)束函數(shù)，這里是cleannup_module在從內(nèi)核中注銷的時候調(diào)用

一個Makefile來編譯這個內(nèi)核模塊

obj-m += hello-1.oall: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules clean: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

注意:本文所有環(huán)節(jié)都是基于Centos6.5下測試OK，你可能在有的書上看見Makefile是這樣寫的

make -C /usr/src/linux-headers-$(shell uname -r) M=$(PWD) modules 其實/lib/modules/$(shell uname -r)/build 這個路徑就是上面路徑的一個軟鏈接 [root@localhost 2.6.32-431.el6.x86_64]# ls -al build lrwxrwxrwx. 1 root root 44 Mar 16 05:26 build -> /usr/src/kernels/2.6.32-504.12.2.el6.x86_64/

編寫好makefile文件后，使用make進(jìn)行編譯，編譯完就出現(xiàn)一個.ko的文件，這個就是內(nèi)核模塊，需要載入運行

載入內(nèi)核模塊進(jìn)行運行

載入內(nèi)核模塊的方法有很多比如: modprobe 和 insmod前者會分析模塊的依賴關(guān)系，并且會去指定路徑查找內(nèi)核模塊載入，而后者需要指定內(nèi)核模塊的絕對路徑進(jìn)行載入并且不解決模塊的依賴關(guān)系。這里我們使用insmod來載入內(nèi)核模塊，使用rmmod卸載內(nèi)核模塊 [root@localhost kernel_module]# insmod hello-1.ko使用dmes查看內(nèi)核模塊的輸出Hello world 1.卸載內(nèi)核模塊 [root@localhost kernel_module]# rmmod hello-1 dmesg查看輸出Goodbye world 1.

內(nèi)核模塊編程和應(yīng)用程序編程的異同

內(nèi)核模塊編程是不能去使用標(biāo)準(zhǔn)庫(比如malloc free等)和一些第三方的庫

內(nèi)核模塊編程是沒有內(nèi)存保護(hù)的，如果內(nèi)存訪問錯誤，就會出現(xiàn)oops錯誤

內(nèi)核模塊編程是沒有main函數(shù)的，只有一個初始化函數(shù)，和一個提出函數(shù)

內(nèi)核模塊編程需要使用內(nèi)核提供的頭文件和API

內(nèi)核模塊編程的標(biāo)準(zhǔn)輸出是輸出到文件，而不是輸出到屏幕

內(nèi)核模塊編程的debug是不能使用gdb來進(jìn)行調(diào)試的。

內(nèi)核模塊進(jìn)階

內(nèi)核模塊的編程不僅僅是上面的一個HelloWorld，內(nèi)核模塊編程還有一些更高級的寫法,下面會一一介紹:

去掉init_module/cleanup_module

在上面的HelloWorld模塊中，你會發(fā)現(xiàn)初始化函數(shù)和退出函數(shù)好像是固定的名稱，那么有沒有辦法自己自定義名稱呢其實是可以的，你可以自己自定義名稱，然后進(jìn)行注冊即可(注冊其實就是做了一個函數(shù)指針的賦值而已)下面是自定義名稱的寫法:

//不需要固定內(nèi)核模塊的初始化函數(shù)的名字和結(jié)束的名字#include #include #include static int hello_2_init(void) { printk(KERN_INFO "Hello,world 2\n"); return 0; }static void hello_2_exit(void) { printk(KERN_INFO "Goodbye,world 2\n"); } //這兩個函數(shù)來注冊模塊初始化和模塊結(jié)束module_init(hello_2_init); module_exit(hello_2_exit);

__init/__initdata/__exit

在有的內(nèi)核模塊編程的書籍或者介紹內(nèi)核模塊編程的博客中，你或許會發(fā)現(xiàn)有這樣的一些特殊關(guān)鍵字__init ，＿initdata ，__exit等等，其實這些都是gcc的擴(kuò)展屬性:__init宏最常用的地方是驅(qū)動模塊初始化函數(shù)的定義處，其目的是將驅(qū)動模塊的初始化函數(shù)放入名叫.init.text的輸入段。當(dāng)內(nèi)核啟動完畢后，這個段中的內(nèi)存會被釋放掉供其他使用。__initdata宏用于數(shù)據(jù)定義，目的是將數(shù)據(jù)放入名叫.init.data的輸入段。其它幾個宏也類似。

模塊描述信息

可以使用modinfo去查看一個模塊的模塊信息,下面是自己編寫的模塊和系統(tǒng)自帶的模塊的兩個模塊信息的對比

[root@localhost kernel_module]# modinfo hello-1.kofilename: hello-1.kosrcversion: 0D3956C127A907CC9E7114Fdepends: vermagic: 2.6.32-504.12.2.el6.x86_64 SMP mod_unload modversions [root@localhost kernel_module]# modinfo/lib/modules/2.6.32-431.el6.x86_64/kernel/fs/ext4/ext4.ko filename: /lib/modules/2.6.32-431.el6.x86_64/kernel/fs/ext4/ext4.kolicense: GPLdescription: Fourth Extended Filesystemauthor: Remy Card, Stephen Tweedie, Andrew Morton, Andreas Dilger, Theodore Ts'o and others srcversion: 345EBDA2AEFF60FFED78864 depends: mbcache,jbd2 vermagic: 2.6.32-431.el6.x86_64 SMP mod_unload modversions

從上面的對比可知，自己編寫的模塊的模塊信息很少，沒有作者信息，沒有許可證信息等等，其實這些都可以設(shè)置

#include #include #include #define DRIVER_AUTHOR "zyf"#define DRIVER_DESC "A sample driver"static int __init init_hello_4(void) { printk(KERN_INFO "Hello, world 4\n"); return 0; } static void __exit cleanup_hello_4(void) { printk(KERN_INFO "Goodbye, world 4\n"); } module_init(init_hello_4); module_exit(cleanup_hello_4); //模塊的許可證 MODULE_LICENSE("GPL"); //模塊的作者M(jìn)ODULE_AUTHOR(DRIVER_AUTHOR); //模塊的描述MODULE_DESCRIPTION(DRIVER_DESC);

模塊參數(shù)

在用戶態(tài)編寫程序的時候我們都應(yīng)該清楚，是可以給程序傳遞參數(shù)的，那么同樣內(nèi)核模塊同樣也有這樣的需求，下面的例子展示了如何去給內(nèi)核模塊傳遞參數(shù):

#include #include #include #include #include MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("ZYF");static short int myshort = 1;static int myint = 420;static long int mylong = 9999;static char *mystring = "blah";static int myintArray[2] = {-1,-1};static int arr_argc = 0;//需要使用module_param來對參數(shù)進(jìn)行說明，指明這個參數(shù)的類型，權(quán)限等charp是字符指針//定義數(shù)組參數(shù)需要使用module_param_arraymodule_param(myshort,short,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IWGRP); MODULE_PARM_DESC(myshort,"A short integer"); module_param(myint,int,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH); MODULE_PARM_DESC(myint,"A integer"); module_param(mylong,long,S_IRUSR); MODULE_PARM_DESC(mylong,"A long integer"); module_param(mystring,charp,0000); MODULE_PARM_DESC(mystring,"A character string"); module_param_array(myintArray,int,&arr_argc,0000); MODULE_PARM_DESC(myintArray,"An array of integer");static int __init hello_5_init(void) { int i; printk(KERN_INFO "Hello, world 5\n=============\n"); printk(KERN_INFO "myshort is a short integer: %hd\n", myshort); printk(KERN_INFO "myint is an integer: %d\n", myint); printk(KERN_INFO "mylong is a long integer: %ld\n", mylong); printk(KERN_INFO "mystring is a string: %s\n", mystring); for (i = 0; i < (sizeof myintArray / sizeof (int)); i++) ? ?{ ? ? ? ?printk(KERN_INFO "myintArray[%d] = %d\n", i, myintArray[i]); ? ?} ? ?printk(KERN_INFO "got %d arguments for myintArray.\n", arr_argc); ? ? ? ?return 0; }static void __exit hello_5_exit(void) { ? ?printk(KERN_INFO "Goodbye,world 5\n"); } module_init(hello_5_init); module_exit(hello_5_exit);/* 載入模塊的時候，如果不指定參數(shù)就是上面的默認(rèn)值，如果要指定參數(shù)的話 可以像下面這樣來指定參數(shù)。 insmod hello-5.ko mystring="superc" myint=444 */

模塊文件分割

在用戶態(tài)寫程序的時候，你會將一個大的程序分割成好幾個文件，這樣程序脈絡(luò)就顯的很清晰。在這里我們將初始化函數(shù)和退出函數(shù)分開在兩個文件中編寫。

start.c中#include /* We're doing kernel work */#include /* Specifically, a module */int init_module(void) { printk(KERN_INFO "Hello, world - this is the kernel speaking\n"); return 0; } stop.c中#include /* We're doing kernel work */#include /* Specifically, a module */void cleanup_module() { printk(KERN_INFO "Short is the life of a kernel module\n"); } 那么Makefile編譯的時候需要設(shè)置成這樣: obj-m += startstop.o startstop-objs := start.o stop.o all: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules clean: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean