【Linux2.6内核模块编程实例指导】内核模块编程之入门(二)必备知识
2014-04-04 10:57
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模块编程属于内核编程,因此,除了对内核相关知识有所了解外,还需要了解与模块相关的知识。
1.应用程序与内核模块的比较
为了加深对内核模块的了解,下表给出应用程序与内核模块程序的比较。
从表中我们可以看出,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”。
2.内核符号表
如前所述,Linux内核是一个整体结构,像一个圆球,而模块是插入到内核中的插件。尽管内核不是一个可安装模块,但为了方便起见,Linux把内核也看作 一个“母”模块。那么模块与模块之间如何进行交互呢,一种常用的方法就是共享变量和函数。但并不是模块中的每个变量和函数都能被共享,内核只把各个模块中主要的变量和函数放在一个特定的区段,这些变量和函数就统称为符号。到低哪些符号可以被共享?
Linux内核有自己的规定。对于内核这个特殊的母模块,在kernel/ksyms.c中定义了从中可以“移出”的符号,例如进程管理子系统可以“移出”的符号定义如下:
你可能对这些变量和函数已经很熟悉。其中宏定义EXPORT_SYMBOL()本身的含义是“移出符号”。为什么说是“移出”呢?因为这些符号本来是内核内部的符号,通过这个宏放在一个公开的地方,使得装入到内核中的其他模块可以引用它们。
实际上,仅仅知道这些符号的名字是不够的,还得知道它们在内核地址空间中的地址才有意义。因此,内核中定义了如下结构来描述模块的符号:
我们可以从/proc/ksyms文件中读取所有内核模块“移出”的符号,这所有符号就形成内核符号表,其格式如下:
内存地址 符号名 [所属模块]
在模块编程中,可以根据符号名从这个文件中检索出其对应的地址,然后直接访问该地址从而获得内核数据。第三列“所属模块”指符号所在的模块名,对于从内核这一母模块移出的符号,这一列为空。
模块加载后,2.4内核下可通过 /proc/ksyms,2.6 内核下可通过/proc/kallsyms查看模块输出的内核符号。
3.模块依赖
如前所述,内核符号表记录了所有模块可以访问的符号及相应的地址。当一个新的模块被装入内核后,它所申明的某些符号就会被登记到这个表中,而这些符号可能被其他模块所引用,这就引出了模块依赖这个问题。
一个模块A引用另一个模块B所移出的符号,我们就说模块B被模块A引用,或者说模块A依赖模块B。如果要链接模块A,必须先链接模块B。这种模块间相互依赖的关系就叫模块依赖。
4.模块引用计数器
为了确保模块安全地卸载,每个模块都有一个引用计数器。当执行模块所涉及的操作时就递增计数器,在操作结束时就递减这个计数器。另外,当模块B被模块A引用时,模块B的引用计数就递增,引用结束,计数器递减。什么时候可以卸载这个模块?当然只有这个计数器值为0的时候,例如,当一个文件系统还被安装在系统上时就不能将其卸载,当这个文件系统不再被使用时,引用计数器就为0,于是可以卸载。
5.模块编译
Linux中最重要的软件开发工具是GCC。GCC是GNU的C和C++编译器。但是,在大型的开发项目中,通常有几十到上百个的源文件,如果每次均手工键入 gcc命令进行编译的话,则会非常不方便。因此,人们通常利用 make 工具来自动完成编译工作。利用这种自动编译可大大简化开发工作,避免不必要的重新编译。这些工作包括:如果仅修改了某几个源文件,则只重新编译这几个源文件;如果某个头文件被修改了,则重新编译所有包含该头文件的源文件。
实际上,make 工具通过一个称为 Makefile 的文件来完成并自动维护编译工作。Makefile 需要按照某种语法进行编写,其中说明了如何编译各个源文件并连接生成可执行文件,并定义了源文件之间的依赖关系。下面给出2.6内核模块的Makefile模板
有了Makefile,执行make命令就会自动生成相关的后缀为.o和.ko文件。
到此,模块编译好了,该把它插入到内核了。
用insmod命令将模块插入内核,如$insmod hellomod.ko,当然,要以系统管理员的身份才能把模块插入。
成功插入后,可以通过lsmod命令查看运行的模块。
屏幕最后几行的输出就是你程序中输出的内容:Hello,World! from the kernel space…
当模块不再需要时,可以通过rmmod命令移除,如$rmmod hellomod。
【转载请说明。转自http://www.kerneltravel.net/?p=82】
1.应用程序与内核模块的比较
为了加深对内核模块的了解,下表给出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() |
变异 | Gcc -c | Makefile |
链接 | Gcc | insmod |
运行 | 直接运行 | insmod |
调试 | Gdb | kdbug,kdb,kgdb等 |
2.内核符号表
如前所述,Linux内核是一个整体结构,像一个圆球,而模块是插入到内核中的插件。尽管内核不是一个可安装模块,但为了方便起见,Linux把内核也看作 一个“母”模块。那么模块与模块之间如何进行交互呢,一种常用的方法就是共享变量和函数。但并不是模块中的每个变量和函数都能被共享,内核只把各个模块中主要的变量和函数放在一个特定的区段,这些变量和函数就统称为符号。到低哪些符号可以被共享?
Linux内核有自己的规定。对于内核这个特殊的母模块,在kernel/ksyms.c中定义了从中可以“移出”的符号,例如进程管理子系统可以“移出”的符号定义如下:
/* 进程管理 */ EXPORT_SYMBOL(do_mmap_pgoff); EXPORT_SYMBOL(do_munmap); EXPORT_SYMBOL(do_brk); EXPORT_SYMBOL(exit_mm); … EXPORT_SYMBOL(schedule); EXPORT_SYMBOL(jiffies); EXPORT_SYMBOL(xtime); …
你可能对这些变量和函数已经很熟悉。其中宏定义EXPORT_SYMBOL()本身的含义是“移出符号”。为什么说是“移出”呢?因为这些符号本来是内核内部的符号,通过这个宏放在一个公开的地方,使得装入到内核中的其他模块可以引用它们。
实际上,仅仅知道这些符号的名字是不够的,还得知道它们在内核地址空间中的地址才有意义。因此,内核中定义了如下结构来描述模块的符号:
struct module_symbol { unsigned long value; /*符号在内核地址空间中的地址*/ const char *name; /*符号名*/ };
我们可以从/proc/ksyms文件中读取所有内核模块“移出”的符号,这所有符号就形成内核符号表,其格式如下:
内存地址 符号名 [所属模块]
在模块编程中,可以根据符号名从这个文件中检索出其对应的地址,然后直接访问该地址从而获得内核数据。第三列“所属模块”指符号所在的模块名,对于从内核这一母模块移出的符号,这一列为空。
模块加载后,2.4内核下可通过 /proc/ksyms,2.6 内核下可通过/proc/kallsyms查看模块输出的内核符号。
3.模块依赖
如前所述,内核符号表记录了所有模块可以访问的符号及相应的地址。当一个新的模块被装入内核后,它所申明的某些符号就会被登记到这个表中,而这些符号可能被其他模块所引用,这就引出了模块依赖这个问题。
一个模块A引用另一个模块B所移出的符号,我们就说模块B被模块A引用,或者说模块A依赖模块B。如果要链接模块A,必须先链接模块B。这种模块间相互依赖的关系就叫模块依赖。
4.模块引用计数器
为了确保模块安全地卸载,每个模块都有一个引用计数器。当执行模块所涉及的操作时就递增计数器,在操作结束时就递减这个计数器。另外,当模块B被模块A引用时,模块B的引用计数就递增,引用结束,计数器递减。什么时候可以卸载这个模块?当然只有这个计数器值为0的时候,例如,当一个文件系统还被安装在系统上时就不能将其卸载,当这个文件系统不再被使用时,引用计数器就为0,于是可以卸载。
5.模块编译
Linux中最重要的软件开发工具是GCC。GCC是GNU的C和C++编译器。但是,在大型的开发项目中,通常有几十到上百个的源文件,如果每次均手工键入 gcc命令进行编译的话,则会非常不方便。因此,人们通常利用 make 工具来自动完成编译工作。利用这种自动编译可大大简化开发工作,避免不必要的重新编译。这些工作包括:如果仅修改了某几个源文件,则只重新编译这几个源文件;如果某个头文件被修改了,则重新编译所有包含该头文件的源文件。
实际上,make 工具通过一个称为 Makefile 的文件来完成并自动维护编译工作。Makefile 需要按照某种语法进行编写,其中说明了如何编译各个源文件并连接生成可执行文件,并定义了源文件之间的依赖关系。下面给出2.6内核模块的Makefile模板
# Makefile2.6 obj-m += hellomod.o # 产生hellomod 模块的目标文件 CURRENT_PATH := $(shell pwd) #模块所在的当前路径 LINUX_KERNEL := $(shell uname -r) #Linux内核源代码的当前版本 LINUX_KERNEL_PATH := /usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL) #Linux内核源代码的绝对路径 all: make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules #编译模块了 clean: make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean #清理
有了Makefile,执行make命令就会自动生成相关的后缀为.o和.ko文件。
到此,模块编译好了,该把它插入到内核了。
用insmod命令将模块插入内核,如$insmod hellomod.ko,当然,要以系统管理员的身份才能把模块插入。
成功插入后,可以通过lsmod命令查看运行的模块。
屏幕最后几行的输出就是你程序中输出的内容:Hello,World! from the kernel space…
当模块不再需要时,可以通过rmmod命令移除,如$rmmod hellomod。
【转载请说明。转自http://www.kerneltravel.net/?p=82】
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