Linux内核模块开发

笔记

调试方法

printk() 是用来调试内核最常用的一种技术，他打印的信息会输出在 dmesg 中，所以调试前最好使用 dmesg -c 来清掉以前 dmesg 的信息。 使用的例子如下: printk（KERN_DEBUG "Here i am:%s:%d\n",FUNCTION, LINE）; 可以打印的级别可以看看 linux/kernel.h 中的定义。 strace 这个命令超级强大，可以显示程序所有的系统调用，还可以显示调用时使用的参数。 但这个时候不需要麻烦的配置就可以直接使用，但不能象 gdb 调试 c 程序一样，所以内核为我们提供了一个 kdb ，可以支持动态修改变量，断点设置，单步执行

kernel oops messages

这是内核开发时常会出现的一个错误信息。主要原因是由于 NULL 指针引用，和其它不正常的指针操作引起的。这时 oops 会显示故障时的处理器信息， 模块 CPU 寄存器内容，页描述符表的位置之类的信息。

内核模块简单介绍

模块是工作在内核空间的 模块实际是目标文件(由函数和数据结构组成)，不象普通程序有个链接的过程，不能独立运行，只能在运行时链接到系统做为内核的一部分运行，从面扩展内核功能 内核模块会占用内核空间的内存，所以会影响内存使用，它还会修改内核中的一些内容，所以容易造成系统挂掉。在内核中需要维护符号表。并且内核之间有依赖性。

最简单的内核模块

注：如果是 redhat 安装的话，需要安装 kernel-devel 才能写内核模块，如果是自己编译内核，记的不要删除源码，不然没法开发模块。

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

/* __init 的标记是内核模块的入口，这个函数加载完后就会释放内存空间  */
static int __init hello_init(void)
{
        printk(KERN_INFO "Hello world"); /* 打印的信息会出现在 dmesg 中 释放*/
        return 0;  /*  返回 0 是正常 */
}

/* __exit 的标记是退出内核模块，当这个模块卸载时会执行 */
static void __exit hello_exit(void)
{
        printk(KERN_INFO "Goodbye world");
}

/* 下面这二个是宏，初始化和消除函数时使用和上面的装载卸载模块没关系。 */
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

放个编译上面模块的 Makefile

obj-m := hello.o
all:
        make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(shell pwd) modules
clean:
        make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(shell pwd) clean

给 Makefile 放到上面 hello.c 的相同的目录中（如果上面写的模块代码叫 hello.c 的话）。然后使用 make 就能编译了。

insmod lsmod rmmod

调用 insmod 时会给需要的模块加载进内核，会给 ko 的文件以目标代码加载。装载时会调用 module_init 指定的函数。退出也调用相应的 module_exit.

lsmod 可以显示你写的模块，其实是读 /proc/modules 。接下来我写写怎么样自己通过内核来建 proc 文件。

模块加载参数

如果在模块加载时，想指定参数，也提供了相应的头文件

#include <linux/moduleparam.h>
static int test;
module_param(test, int, 0644);

这样以后，直接在内核模块内使用 test 的变量就行了。

模块的信息

在程序中可以为模块加一些描述，发行版权声明，和作者。

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("Test");
MODULE_AUTHOR("xxx");

模块的符号导出

在 Perl 中，模块是可以导出变量和方法到其它的模块中的。在 Linux 内核中也有这样的方法。

EXPORT_SYMBOL(name);
EXPORT_SYMBOL_GPL(name);

这二个可以导出指定的全局变量，也可以是方法。这个要加载 <linux/module.h> 的头文件，不要忘记了。
其它的模块要使用这个，直接使用 extern void name(void); 就可以使用了。这些导出的函数只能内核和内核模块使用。不能用户调用，可以由 /proc/kallsyms 来查看导出的变量和方法

实例

写个内核模块，通过 proc 可以见到一些信息，通过 proc 的读和写的功能。来实现设置和读取信息。

proc 介绍

proc 是一个非常方便的用来动态的向 Linux 内核加入和禁用代码的一个方法。
proc/sys 中是用来配置内核的参数，可以通过 sysctl -w key=value
象普通文件可以支持 open,read,write,close
例如
读

cat /proc/cpuinfo

写

echo fukei-name > /proc/sys/kernel/hostname

proc 的功能实现
proc 在 c 中是一个结构体来实现的，是 struct proc_dir_entry 。它可以给读写绑定到特定的函数上。然后通过别人对 proc 中文件的操作来触发和回调相应的绑定的函数。
read_proc 和 write_proc 是这个结构体的成员，也是一种结构体。函数就注册在这个上面。有兴趣的同学可以看看 include/linux/proc_fs.h 中的 read_proc_t 和 write_proc_t 的定义。
实现起来也简单。

struct proc_dir_entry *proc_entry = create_proc_entery(....);
int my_read_proc()
{
}
proc_entry->read_proc = my_read_proc();

在这的 create_proc_entery 会返回一个 proc_dir_entry 的结构体的引用。失败就是 NULL 。

这样，当用户空间进行 read 的系统调用时，如使用 cat proc 中的内容时。内核会调用注册到 read_proc 上的这个 my_read_proc 来实现的.

#include <linux/module.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/mm.h>

#define MODULE_NAME "Memory"

int my_read_proc(char *page,char **start, off_t off,int count,  int *eof,void *data)
{
        struct task_struct *tsk = current;
        int len;
        len = sprintf( page, "This module info: task %s pid %d\n",tsk->comm, tsk->pid );
        return  len;
}

struct proc_dir_entry *proc_entry;
int init_module(void)
{
        proc_entry = create_proc_entry(MODULE_NAME, 0644, NULL);
        if (proc_entry==NULL){
                remove_proc_entry(MODULE_NAME, NULL);
        }
        proc_entry->read_proc = my_read_proc;
        return  0;
}

void cleanup_module(void)
{
        remove_proc_entry(MODULE_NAME, NULL); // 退出和出错记的删除
}

MODULE_LICENSE("GPL");