一、前言

Linux應(yīng)用開發(fā)中，為使應(yīng)用程序更加靈活地執(zhí)行用戶的預(yù)期功能，我們有時候會通過命令行傳遞一些參數(shù)到main函數(shù)中，使得代碼邏輯可以依據(jù)參數(shù)執(zhí)行不同的任務(wù)。同樣，Linux內(nèi)核也提供了類似main函數(shù)傳參的內(nèi)核傳參機制，編寫內(nèi)核程序時只要實現(xiàn)傳參接口，用戶在加載內(nèi)核模塊時即可傳入指定參數(shù)，使得內(nèi)核模塊更加靈活。

二、內(nèi)核模塊傳參

1、內(nèi)核模塊傳參意義

內(nèi)核模塊傳參會使得程序更加靈活，可以向上適配復(fù)雜的應(yīng)用程序，向下兼容不同硬件設(shè)備；同時，通過參數(shù)選擇，可以避免重新編譯內(nèi)核模塊，省時省力；另外，通過內(nèi)核模塊傳遞參數(shù)也能更好地兼容和迭代產(chǎn)品。

2、內(nèi)核傳參實現(xiàn)

內(nèi)核支持傳遞的參數(shù)類型包含了C語言中常用的數(shù)據(jù)類型。

• 基本類型，字符型（char）、布爾型（bool）、整型（int）、長整型（long）、短整型（short），以及相關(guān)的無符號整型（unsigned）、字符指針（charp，內(nèi)存為用戶提供的字符串分配，即char *）、顛倒了值的bool類型（invbool）
• 數(shù)組（array）
• 字符串（string）

實現(xiàn)內(nèi)核模塊傳參，只需在內(nèi)核模塊程序中調(diào)用module_param系列宏即可，module_param系列宏位于“/include/linux/moduleparam.h”中定義，包括module_param_array、module_param_string、module_param_cb。

#define module_param(name, type, perm)                    module_param_named(name, name, type, perm)

#define module_param_array(name, type, nump, perm)            module_param_array_named(name, name, type, nump, perm)

#define module_param_string(name, string, len, perm)                static const struct kparam_string __param_string_##name                = { len, string };                        __module_param_call(MODULE_PARAM_PREFIX, name,                            ¶m_ops_string,                                .str = &__param_string_##name, perm, -1, 0);    __MODULE_PARM_TYPE(name, "string")

#define module_param_cb(name, ops, arg, perm)           __module_param_call(MODULE_PARAM_PREFIX, name, ops, arg, perm, -1, 0)

module_param用于處理基本類型參數(shù)，module_param_array用于處理數(shù)組類型參數(shù)，module_param_string用于處理字符串類型參數(shù)。

1）基本類型

module_param(name, type, perm)

• name，內(nèi)核模塊程序中的變量名稱，同時又是用戶傳入?yún)?shù)時的名稱
• type，參數(shù)類型，見上面
• perm，該參數(shù)指定sysfs中相應(yīng)文件的訪問權(quán)限，訪問權(quán)限與linux文件訪問權(quán)限相同的方式管理，位于"/include/linux/stat.h"定義，一般使用S_IRUGO；也可以直接用數(shù)字表示，如0444表示S_IRUGO

/* include/linux/stat.h */
#define S_IRWXUGO    (S_IRWXU|S_IRWXG|S_IRWXO)    /* 所有用戶可讀、寫、執(zhí)行 */
#define S_IALLUGO    (S_ISUID|S_ISGID|S_ISVTX|S_IRWXUGO)/* 所有用戶可讀、寫、執(zhí)行*/
#define S_IRUGO        (S_IRUSR|S_IRGRP|S_IROTH)    /* 所有用戶可讀 */
#define S_IWUGO        (S_IWUSR|S_IWGRP|S_IWOTH)    /* 所有用戶可寫 */
#define S_IXUGO        (S_IXUSR|S_IXGRP|S_IXOTH)    /* 所有用戶可執(zhí)行 */

/* include/uapi/linux/stat.h */
/* 三者分別表示用于者權(quán)限、用戶組權(quán)限、其他訪問者權(quán)限 
* bit[0]、bit[1]、bit[2]分別表示可執(zhí)行、可寫、可讀屬性
*/
#define S_IRWXU 00700
#define S_IRUSR 00400
#define S_IWUSR 00200
#define S_IXUSR 00100

#define S_IRWXG 00070
#define S_IRGRP 00040
#define S_IWGRP 00020
#define S_IXGRP 00010

#define S_IRWXO 00007
#define S_IROTH 00004
#define S_IWOTH 00002
#define S_IXOTH 00001

• S_I：只是一個前綴
• R：讀。W：寫。X：執(zhí)行
• USR：用戶。GRP：組。UGO：用戶、組和其他

示例：

static int mode = 1;
static char *p = NULL;

module_param(mode, int , S_IRUGO);    /* int型 */   
module_param(p, charp, S_IRUGO);    /* 指針 */

注：必須寫在模塊源文件的開頭部分（mode和*p是全局的）；該宏不會聲明變量，因此在使用宏之前，必須聲明變量

2）數(shù)組類型

module_param_array(name, type, nump, perm)

• name，內(nèi)核模塊程序中數(shù)組名稱，同時又是用戶傳入?yún)?shù)時的名稱
• type，數(shù)組類型，int、char等
• nump，指針，指向一個整數(shù)，其值表示有多少個參數(shù)存放在數(shù)組name中,用來接收用戶實際傳遞的數(shù)組成員的個數(shù)，內(nèi)核接收到實際用戶傳遞的個數(shù)賦值到nump對應(yīng)地址空間
• perm，該參數(shù)指定sysfs訪問權(quán)限，位于"/include/linux/stat.h"定義，一般使用S_IRUGO；也可以直接用數(shù)字表示，如0444表示S_IRUGO

示例：

static int array[3] = {0};
static int array_size;

module_param_array(array, int, &array_size, S_IRUGO);

3）字符串類型

module_param_string(name, string, len, perm)

• name，外部的參數(shù)名，可以與內(nèi)核模塊程序中變量名稱string相同
• string，內(nèi)部的變量名
• len，以string命名的buffer大?。梢孕∮赽uffer的大小，但是沒有意義）
• perm，該參數(shù)指定sysfs訪問權(quán)限(perm為零表示完全關(guān)閉相對應(yīng)的sysfs項)，位于"/include/linux/stat.h"定義，一般使用S_IRUGO；也可以直接用數(shù)字表示，如0444表示S_IRUGO

示例：

static char string[6] = {0};

module_param_string(usestr, string, sizeof(string), S_IRUGO);

4）參數(shù)回調(diào)類型

module_param_cb(name, ops, arg, perm)

• name，內(nèi)核模塊程序中的變量名稱，同時又是用戶傳入?yún)?shù)時的名稱
• ops, 指針變量，指向被自定義的回調(diào)函數(shù)初始化的kernel_param_ops變量
• arg, 指針變量，指向內(nèi)核模塊程序中的變量名稱，保存用戶傳入的參數(shù)值
• perm, 該參數(shù)指定sysfs訪問權(quán)限，位于"/include/linux/stat.h"定義，一般使用S_IRUGO；也可以直接用數(shù)字表示，如0444表示S_IRUGO

這個宏用于在參數(shù)（參數(shù)）發(fā)生變化時注冊回調(diào)。例如，我使用 module_param 創(chuàng)建了一個參數(shù)debug，一旦我加載帶有 debug=0 的simple模塊，它將創(chuàng)建一個 sysfs 條目。并且我們想在不重新加載模塊的情況下打開調(diào)試消息，我們可以使用該文件：

[root@localhost tmp23]# ls -l /sys/module/simple/parameters/debug
-rw-r--r-- 1 root root 4096 May 23 14:46 /sys/module/simple/parameters/debug

當(dāng) sysfs 的值改變時（你可以使用 echo 1 > /sys/module//parameters/debug 改變），我們可以通過回調(diào)得到通知。如果您想在值發(fā)生變化時收到通知，我們需要將我們的處理函數(shù)注冊到它的文件操作結(jié)構(gòu)中，即下面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

struct kernel_param_ops {
  int (*set)(const char *val, const struct kernel_param *kp);
  int (*get)(char *buffer, const struct kernel_param *kp);
  void (*free)(void *arg);
}

注: module_param_array和module_param調(diào)用的是默認的回調(diào)函數(shù)， module_param_cb支持自定義回調(diào)函數(shù)

示例：

/*----------------------Module_param_cb()--------------------------------*/
static int debug= 0;
int custom_callback_function(const char *val, const struct kernel_param *kp)
{
        int res = param_set_int(val, kp); // Use for write variable
        if(res==0) {
                printk(KERN_INFO "Call back function called...
");
                printk(KERN_INFO "New value of debug = %d
", debug);
                return 0;
        }
        return -1;
}
 
const struct kernel_param_ops my_param_ops = 
{
        .set = &custom_callback_function, // Use our setter ...
        .get = ¶m_get_int,            // .. and standard getter
};
 
module_param_cb(debug, &my_param_ops, &debug, S_IRUGO|S_IWUSR );

執(zhí)行echo 1 > /sys/module/simple/parameters/debug后，您可以看到調(diào)試變量發(fā)生了變化:

[root@localhost ~]# dmesg
[891496.255781] hello... debug=0
[891555.726272] Call back function called...
[891555.726277] New value of debug = 1

5）參數(shù)描述

用戶向內(nèi)核模塊傳遞參數(shù)時，參數(shù)較多的情況下，開發(fā)工程師不易全部記??；因此，一般都會增加準(zhǔn)確、清晰的參數(shù)描述信息，描述不同參數(shù)代表的含義，用戶調(diào)用時首先查詢驅(qū)動模塊的參數(shù)描敘信息，進而有目的地傳入具體參數(shù)。參數(shù)描述信息通過MODULE_PARM_DESC宏實現(xiàn)，該宏位于“/include/linux/moduleparam.h”中定義

#define MODULE_PARM_DESC(_parm, desc)     __MODULE_INFO(parm, _parm, #_parm ":" desc)

• _parm，參數(shù)名稱
• desc，描述信息，字符串類型

示例：

static int mode = 0;

module_param(mode, int , S_IRUGO);
MODULE_PARM_DESC(mode, "0:mode0; 1:mode1; 2:mode2");

• module_param()和module_param_array()的作用就是讓那些全局變量對 insmod 可見，使模塊裝載時可重新賦值
• module_param_array()宏的第三個參數(shù)用來記錄用戶 insmod 時提供的給這個數(shù)組的元素個數(shù)，NULL 表示不關(guān)心用戶提供的個數(shù)
• module_param()和module_param_array()最后一個參數(shù)權(quán)限值不能包含讓普通用戶也有寫權(quán)限，否則編譯報錯。這點可參考linux/moduleparam.h中__module_param_call()宏的定義
• 字符串?dāng)?shù)組中的字符串似乎不能包含逗號或者空格，否則一個字符串會被解析成兩個或多個

3、內(nèi)核模塊傳參實例

編寫一個基本的Linux內(nèi)核模塊程序，實現(xiàn)命令行往內(nèi)核模塊傳遞參數(shù)的功能，加載內(nèi)核模塊時傳入指定參數(shù)。

內(nèi)核模塊源碼如下：

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

/*傳遞整型類型數(shù)據(jù)*/
static int irq=10;
module_param(irq,int,0660);
MODULE_PARM_DESC(irq,"Interrupt range:1-32");

static int debug=0;
module_param(debug,int,0660);
MODULE_PARM_DESC(debug,"0:non debug mode; 1:debug mode");

/*傳遞指針類型數(shù)據(jù)*/
static char *devname = "simpdev";
module_param(devname,charp,0660);
MODULE_PARM_DESC(devname,"device name");

/*
傳遞數(shù)組類型數(shù)據(jù)
module_param_array(數(shù)組名, 元素類型, 元素個數(shù)（取地址）, 權(quán)限);
*/
static int array[3];
static int count;
module_param_array(array, int, &count,  0660);
MODULE_PARM_DESC(array,"set array value"); 

/*
傳遞字符串: module_param_string
(傳遞參數(shù)時的字符串名稱, 字符串名稱, 字符串大小, 權(quán)限);
*/
static char string[20] = {0};
module_param_string(mystr, string, sizeof(string), 0660);
MODULE_PARM_DESC(mystr, "string variable of demonstration");


static int simple_init(void)
{
        int i=0;
        printk(KERN_WARNING "hello... irq=%d name=%s debug=%d
",irq,devname,debug);
        for(i=0;i< 3; i++)
        {
            printk("array[%d]:%d
", i, array[i]);
        }
        printk("count=%d
",count);
        printk("string=%s
", string);
        return 0;
}

static void simple_cleanup(void)
{
        printk(KERN_WARNING "bye... irq=%d name=%s debug=%d,count=%d, string=%s
",irq,devname,debug,count,string);
}

module_init(simple_init);
module_exit(simple_cleanup); 
MODULE_LICENSE("GPL");

Makefile文件：

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
$(info "2nd")
obj-m:=simple.o
else
KDIR :=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD  :=$(shell pwd)
all:
        $(info "1st")
        make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
        rm -f *.ko *.o *.mod.o *.symvers *.cmd *.mod.c *.order *.mod
endif

命令行執(zhí)行make編譯程序，如下：

[root@localhost tmp22]# make
"1st"
make -C /lib/modules/4.18.0-394.el8.x86_64/build M=/tmp/tmp22 modules
make[1]: Entering directory '/usr/src/kernels/4.18.0-394.el8.x86_64'
"2nd"
  CC [M]  /tmp/tmp22/simple.o
  Building modules, stage 2.
"2nd"
  MODPOST 1 modules
  CC      /tmp/tmp22/simple.mod.o
  LD [M]  /tmp/tmp22/simple.ko
make[1]: Leaving directory '/usr/src/kernels/4.18.0-394.el8.x86_64'

查看驅(qū)動模塊信息，執(zhí)行"modinfo simple.ko"查看驅(qū)動模塊信息，可看到我們在驅(qū)動程序中添加的參數(shù)，以及參數(shù)描述信息。

[root@localhost tmp22]# modinfo simple.ko
filename:       /tmp/tmp22/simple.ko
license:        GPL
rhelversion:    8.7
srcversion:     41AA4F4D38C05858A72127D
depends:
name:           simple
vermagic:       4.18.0-394.el8.x86_64 SMP mod_unload modversions
parm:           irq:Interrupt range:1-32 (int)
parm:           debug:0:non debug mode; 1:debug mode (int)
parm:           devname:device name (charp)
parm:           array:set array value (array of int)
parm:           mystr:string variable of demonstration (string)

加載內(nèi)核模塊，同時指定傳遞的參數(shù)；使用dmesg查看程序打印結(jié)果如下：

[root@localhost tmp22]# insmod ./simple.ko irq=22 devname=mydev debug=1 array=0x1000,0x2000,0x3000 mystr="kernel-module"
[root@localhost tmp22]#
[root@localhost tmp22]# lsmod | grep simple
simple                 16384  0

[root@localhost ~]# dmesg
[792494.652624] hello... irq=22 name=mydev debug=1
[792494.652631] array[0]:4096
[792494.652632] array[1]:8192
[792494.652633] array[2]:12288
[792494.652634] count=3
[792494.652635] string=kernel-module

#卸載simple內(nèi)核模塊
[root@localhost tmp22]# rmmod simple

#查看卸載simple內(nèi)核模塊后，dmesg打印信息
[root@localhost ~]# dmesg
[792494.652624] hello... irq=22 name=mydev debug=1
[792494.652631] array[0]:4096
[792494.652632] array[1]:8192
[792494.652633] array[2]:12288
[792494.652634] count=3
[792494.652635] string=kernel-module
[792615.350968] bye... irq=22 name=mydev debug=1,count=3, string=kernel-module

加載內(nèi)核模塊時，不同的參數(shù)之間使用空格分隔；對于數(shù)組參數(shù)，則使用逗號分隔不同的數(shù)組元素提供值：

三、內(nèi)核模塊參數(shù)與sysfs文件系統(tǒng)

1、查看sysfs文件系統(tǒng)下內(nèi)核參數(shù)

在帶有參數(shù)的內(nèi)核模塊安裝成功后，/sys/目錄下會生成加載內(nèi)核模塊以后的parameters文件夾，內(nèi)含以變量名字命名的文件，文件內(nèi)容則為通過命令行傳遞的參數(shù)的值。

[root@localhost tmp22]# ls -l /sys/module/simple/parameters/
total 0
-rw-rw---- 1 root root 4096 May 22 13:22 array
-rw-rw---- 1 root root 4096 May 22 13:22 debug
-rw-rw---- 1 root root 4096 May 22 13:22 devname
-rw-rw---- 1 root root 4096 May 22 13:22 irq
-rw-rw---- 1 root root 4096 May 22 13:22 mystr
[root@localhost tmp22]#
[root@localhost tmp22]# cat /sys/module/simple/parameters/array
4096,8192,12288
[root@localhost tmp22]#
[root@localhost tmp22]# cat /sys/module/simple/parameters/debug
1
[root@localhost tmp22]# cat /sys/module/simple/parameters/devname
mydev
[root@localhost tmp22]# cat /sys/module/simple/parameters/irq
22
[root@localhost tmp22]# cat /sys/module/simple/parameters/mystr
kernel-module

當(dāng)內(nèi)核模塊卸載以后，則在/sys目錄下的以模塊名命名的文件夾則會被清除掉。

[root@localhost tmp22]# ls -l /sys/module/ | grep simple
[root@localhost tmp22]#

2、手動修改sysfs文件，回調(diào)通知內(nèi)核

編寫一個基本的Linux內(nèi)核模塊程序，實現(xiàn)修改sysfs文件后，通知內(nèi)核模塊的功能。

內(nèi)核模塊源碼如下：

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

static int debug=0;
MODULE_PARM_DESC(debug,"0:non debug mode; 1:debug mode");

/*----------------------Module_param_cb()--------------------------------*/
int custom_callback_function(const char *val, const struct kernel_param *kp)
{
        int res = param_set_int(val, kp); // Use for write variable
        if(res==0) {
                printk(KERN_INFO "Call back function called...
");
                printk(KERN_INFO "New value of debug = %d
", debug);
                return 0;
        }
        return -1;
}

const struct kernel_param_ops my_param_ops =
{
        .set = &custom_callback_function, // Use our setter ...
        .get = ¶m_get_int,            // .. and standard getter
};

module_param_cb(debug, &my_param_ops, &debug, S_IRUGO|S_IWUSR );


static int simple_init(void)
{
        printk(KERN_WARNING "hello... debug=%d
", debug);
        return 0;
}

static void simple_cleanup(void)
{
        printk(KERN_WARNING "bye... debug=%d
", debug);
}

module_init(simple_init);
module_exit(simple_cleanup);
MODULE_LICENSE("GPL");

實際的參數(shù)值保存在debug中，set函數(shù)將用戶輸入作為字符串并將其轉(zhuǎn)換為int，并使用內(nèi)核提供的param_set_int函數(shù)進行設(shè)置。要返回參數(shù)值，我們使用內(nèi)核提供的param_get_int函數(shù)。

Makefile文件：

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
$(info "2nd")
obj-m:=simple.o
else
KDIR :=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD  :=$(shell pwd)
all:
        $(info "1st")
        make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
        rm -f *.ko *.o *.mod.o *.symvers *.cmd *.mod.c *.order *.mod
endif

編譯源文件，并加載相應(yīng)模塊，結(jié)果如下：

[root@localhost tmp23]# make
"1st"
make -C /lib/modules/4.18.0-394.el8.x86_64/build M=/tmp/tmp23 modules
make[1]: Entering directory '/usr/src/kernels/4.18.0-394.el8.x86_64'
"2nd"
  CC [M]  /tmp/tmp23/simple.o
  Building modules, stage 2.
"2nd"
  MODPOST 1 modules
  CC      /tmp/tmp23/simple.mod.o
  LD [M]  /tmp/tmp23/simple.ko
make[1]: Leaving directory '/usr/src/kernels/4.18.0-394.el8.x86_64'
[root@localhost tmp23]# ls
Makefile  modules.order  Module.symvers  simple.c  simple.ko  simple.mod.c  simple.mod.o  simple.o
[root@localhost tmp23]#
[root@localhost tmp23]#
[root@localhost tmp23]# lsmod | grep simple
simple                 16384  0
[root@localhost tmp23]# rmmod simple
[root@localhost tmp23]#
[root@localhost tmp23]# ls
Makefile  modules.order  Module.symvers  simple.c  simple.ko  simple.mod.c  simple.mod.o  simple.o
[root@localhost tmp23]#
[root@localhost tmp23]# insmod ./simple.ko
[root@localhost tmp23]# lsmod | grep simple
simple                 16384  0
[root@localhost tmp23]#
[root@localhost tmp23]# ls -l /sys/module/simple/parameters/debug
-rw-r--r-- 1 root root 4096 May 23 14:46 /sys/module/simple/parameters/debug
[root@localhost tmp23]# cat /sys/module/simple/parameters/debug
0  

#此時，查看demsg信息，如下：
[root@localhost ~]# dmesg
[891496.255781] hello... debug=0

#修改sysfs條目內(nèi)容
[root@localhost tmp23]# echo 1 > /sys/module/simple/parameters/debug
[root@localhost tmp23]#
[root@localhost tmp23]# cat /sys/module/simple/parameters/debug
1 

#此時，查看dmesg信息，可以看到debug變量的值已被修改成1
[root@localhost ~]# dmesg
[891496.255781] hello... debug=0
[891555.726272] Call back function called...
[891555.726277] New value of debug = 1