Linux操作系統(tǒng)的驅(qū)動框架及驅(qū)動加載

1、作者:日期:個人收集整理 勿做商業(yè)用途Linux 驅(qū)動框架及驅(qū)動加載本講主要概述 Linux 設(shè)備驅(qū)動框架、驅(qū)動程序的配置文件及常用 的加載驅(qū)動程序的方法 ;并且介紹 Red Hat Linux 安裝程序是如何加載 驅(qū)動的，通過了解這個過程， 我們可以自己將驅(qū)動程序放到引導(dǎo)盤 中；安裝完系統(tǒng)后 ,使用 kudzu 自動配置硬件程序。Linux 設(shè)備驅(qū)動概述1。內(nèi)核和驅(qū)動模塊操作系統(tǒng)是通過各種驅(qū)動程序來駕馭硬件設(shè)備 ,它為用戶屏蔽了 各種各樣的設(shè)備， 驅(qū)動硬件是操作系統(tǒng)最基本的功能， 并且提供統(tǒng)一 的操作方式 .正如我們查看屏幕上的文檔時，不用去管到底使用 nVIDIA 芯片，還是 ATI 芯片

2、的顯示卡，只需知道輸入命令后，需要 的文字就顯示在屏幕上 .硬件驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)最基本的組成部 分，在 Linux 內(nèi)核源程序中也占有較高的比例。Linux 內(nèi)核中采用可加載的模塊化設(shè)計 ( LKMs ，Loadable KernelModules), 一般情況下編譯的Linux內(nèi)核是支持可插入式模塊的， 也就是將最基本的核心代碼編譯在內(nèi)核中， 其它的代碼可以選擇是在 內(nèi)核中，或者編譯為內(nèi)核的模塊文件。如果需要某種功能，比如需要訪問一個 NTFS 分區(qū)，就加載相應(yīng) 的 NTFS 模塊。這種設(shè)計可以使內(nèi)核文件不至于太大 ,但是又可以支 持很多的功能，必要時動態(tài)地加載 .這是一種跟微內(nèi)核設(shè)計不太

3、一樣 , 但卻是切實(shí)可行的內(nèi)核設(shè)計方案。我們常見的驅(qū)動程序就是作為內(nèi)核模塊動態(tài)加載的，比如聲卡驅(qū)動和網(wǎng)卡驅(qū)動等，而Linux最基礎(chǔ)的驅(qū)動，如CPU、PCI總線、TCP/IP 協(xié)議、APM （高級電源管理）、VFS等驅(qū)動程序則編譯在內(nèi)核文件 中.有時也把內(nèi)核模塊就叫做驅(qū)動程序，只不過驅(qū)動的內(nèi)容不一定是 硬件罷了，比如ext3文件系統(tǒng)的驅(qū)動。理解這一點(diǎn)很重要。因此，加載驅(qū)動時就是加載內(nèi)核模塊。下面 來看一下有關(guān)模塊的命令，在加載驅(qū)動程序要用到它們：lsmod、modprob、insmod、rmmod、modinfo。Ismod列出當(dāng)前系統(tǒng)中加載的模塊，例如:#lsmod (與 cat /proc/

4、modules 得出的內(nèi)容是 一致的)Module Size Used by Not taintedradeon 115364 1 agpgart 56664 3 nls_iso8859-1 3516 1 (autoclean) loop 12120 3 (autoclear) smbfs 44528 2 (autoclean)parport_pc 19076 1 ( autoclean)lp 9028 0 (autoclean) parport 37088 1 (autocleanparport_pc lpautofs 13364 0 (autoclean(un used)ds 8704 2

5、 yen ta_socket 13760 2 pcmcia_core 57184 0 ds yenta_socke| tg3 55112 1 sg 36940 0 (autoclea n)sr_mod 18104 0(autoclea n) microcode 4724 0(autoclea n)ide scsi 12208 0 scsi_mod 108968 3sg sr_mod ide-scsj ide-cd 35680 0 cdrom 33696 0sr_mod ide cd nl s_cp936 124988 1(autoclea n)nl s_cp437 5148 1 (autocl

6、ea) vfat 130041(autoclea n)fat 38872 0 (autoclean vfat keybdev 2976 0 (unu sed)mousedev 5524 1 hid 22212 0 (un used) in put 5888 0 keybdev mousedev hidehcihcd 20104 0 (unused usb-uhci 26412 0(unused) usbcore 79392 1 hid ehci-hcdusb uhci ext3 91592 2 jbd 52336 2 ext3上面顯示了當(dāng)前系統(tǒng)中加載的模塊，左邊數(shù)第一列是模塊名，第 二列是該模

7、塊大小，第三列則是該模塊使用的數(shù)量。如果后面為unused,則表示該模塊當(dāng)前沒在使用.如果后面有autoclean則該模塊可以被rmmod -a命令自動清洗.rmmod -a命令會將 目前有autoclean的模塊卸載，如果這時候某個模塊未被使用，則將 該模塊標(biāo)記為autoclear。如果在行尾的括號內(nèi)有模塊名稱，則 括號內(nèi)的模塊就依賴于該模塊例如：I-cdrom 34144 0 sr_mod ide-cd其中ide cd及sr_mod模塊就依賴于cdrom模塊.系統(tǒng)的模塊文件保存在/lib/modules/2.4。XXX/kerne目錄中，根據(jù) 分類分別在fs、net等子目錄中，他們的互相依

8、存關(guān)系則保存在 /lib/modules/2。4.XXX/modules.dep 文件中。需要注意，該文件不僅寫入了模塊的依存關(guān)系，同時內(nèi)核查找模 塊也是在這個文件中，使用modprobe命令，可以智能插入模塊，它可 以根據(jù)模塊間依存關(guān)系，以及/etc/modules.conf文件中的內(nèi)容智能插 入模塊。比如希望加載ide的光驅(qū)驅(qū)動，則可運(yùn)行下面命令：# modprobe ide-cd此時會發(fā)現(xiàn)，cdrom模塊也會自動插入。in smod也是插入模塊的命令，但是它不會自動解決依存關(guān)系，所以一般加載內(nèi)核模塊時使用的命令為 modprobeormmod可以刪除模塊，但是它只可以刪除沒有使用的模塊.

9、Modinfo用來查看模塊信息，如 modinfo -d cdrom，在Red HatLinux系統(tǒng)中，模塊的相關(guān)命令在 modutils的RPM包中。2. 設(shè)備文件當(dāng)我們加載了設(shè)備驅(qū)動模塊后，應(yīng)該怎樣訪問這些設(shè)備呢？ Lin ux 是一種類Unix系統(tǒng)，Unix的一個基本特點(diǎn)是 一切皆為文件”它抽 象了設(shè)備的處理，將所有的硬件設(shè)備都像普通文件一樣看待， 也就是 說硬件可以跟普通文件一樣來打開、關(guān)閉和讀寫。系統(tǒng)中的設(shè)備都用一個設(shè)備特殊文件代表，叫做設(shè)備文件，設(shè)備 文件又分為Block （塊）型設(shè)備文件、Character （字符）型設(shè)備文件和 Socket （網(wǎng)絡(luò)插件）型設(shè)備文件。Block設(shè)

10、備文件常常指定哪些需要 以塊（如512字節(jié)）的方式寫入的設(shè)備，比如IDE硬盤、SCSI硬盤、光 驅(qū)等。而Character型設(shè)備文件常指定直接讀寫，沒有緩沖區(qū)的設(shè)備 ，比 如并口、虛擬控制臺等.Socket （網(wǎng)絡(luò)插件）型設(shè)備文件指定的是網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備訪問的BSD socket接口 .#ls l /dev/hda /dev/videoO/dev/logbrwrw- 1 root disk 3, 0 Sep 15 200/dev/hdasrw rw-rw 1 root root 0 Jun 3 16:55 /dev/logcrw1 root root 81, 0 Sep 15 2003 /dev/v

11、ideoO上面顯示的是三種設(shè)備文件，注意它們最前面的字符，Block型設(shè)備為b，Character型設(shè)備為c，Socket設(shè)備為s。由此可以看出，設(shè)備文件都放在/dev目錄下，比如硬盤就是用/dev/hd*來表示，/dev/hda表示第一個IDE接口的主設(shè)備，/dev/hda1表示第一個硬盤上的第一個分區(qū)；而/dev/hdc表示第二個IDE接口的 主設(shè)備?？梢允褂孟旅婷睿? dd if二/dev/hda of二/root/a。img bs= 446 couni=1把第一個硬盤上前446個字節(jié)的MBR信息導(dǎo)入到a°img文件中。對于Block和Character型設(shè)備，使用主(Maj

12、or)和輔(minor)設(shè) 備編號來描述設(shè)備.主設(shè)備編號來表示某種驅(qū)動程序，同一個設(shè)備驅(qū)動 程序模塊所控制的所有設(shè)備都有一個共同的主設(shè)備編號，而輔設(shè)備編號用于區(qū)分該控制器下不同的設(shè)備，比如，/dev/hda1 (block 3/1 )、 /dev/hda2( block 3/2 )和/dev/hda3( block3/3 )都代表著同一塊硬盤的 三個分區(qū)，他們的主設(shè)備號都是 3,輔設(shè)備號分別為1、2、3。這些 設(shè)備特殊文件用mknod命令來創(chuàng)建：# mknod harddisk b 3 0我們就在當(dāng)前位置創(chuàng)建出一個與/dev/hda一樣的、可以訪問第一個IDE設(shè)備主硬盤的文件，文件名叫做har

13、ddisk。使用下面命令可以查看設(shè)備編號：#file /dev/hda/dev/hda: block special (3/0)其中Block代表/dev/hda是系統(tǒng)的Block型(塊型)設(shè)備文件，它的主設(shè)備編號為3,輔設(shè)備編號為0。-1 root#ls -l /dev/hda /dev/hdb brw rwdisk 3,0 Sep 15 2003 /dev/hdabrw rw- 1root disk 3,64 Sep 15 2003 /dev/hdb使用Is l也可以看到設(shè)備編號，/dev/hdb代表第一個IDE接口 的從設(shè)備（Slave）也是Block設(shè)備，編號為（3/64），還有另外一

14、種設(shè) 備文件是/dev/tty興。使用如下命令：# echo ” hello tty1 ” >tydev將字符串“hello tty1輸出到/dev/tty1代表的第一個虛擬控制臺上， 此時按“Alt + F1可以看到該字符出現(xiàn)在屏幕上，這個特殊的文件就 代表著我們的第一虛擬控制臺。 _# file /dev/tty1/dev/tty1: character special （4/1）由上可以看到，它的類型為 Character型（字符型）設(shè)備文件，主 設(shè)備號為4,輔設(shè)備號為1。同樣，/dev/tty2代表著第二個虛擬控制 臺，是Character設(shè)備 編號為（4/2）。當(dāng)將/dev/c

15、drom加載到/mnt/cdrom中時，只要訪問/mnt/cdrom系 統(tǒng)就會自動引入到/dev/cdrom對應(yīng)的驅(qū)動程序中，訪問實(shí)際的數(shù)據(jù)。有關(guān)設(shè)備文件的編號可以看內(nèi)核文檔/usr/src/linux 2.*/Documentation/devices。txt 文件（在 Kernel 的源文 件解包后的Documentation目錄中）,其中詳細(xì)敘述了各種設(shè)備文件編 號的意義.3。使用/proc目錄中的文件監(jiān)視驅(qū)動程序的狀態(tài)個人收集整理勿做商業(yè)用途通過設(shè)備文件怎樣訪問到相應(yīng)的驅(qū)動程序呢？它們中間有一個 橋梁，那就是proc文件系統(tǒng)，它一般會被加載到/proc目錄。訪問設(shè) 備文件時，操作系統(tǒng)通

16、常會通過查找/proc目錄下的值，確定由哪些驅(qū) 動模塊來完成任務(wù)。如果proc文件系統(tǒng)沒有加載，訪問設(shè)備文件時 就會出現(xiàn)錯誤。Linux系統(tǒng)中proc文件系統(tǒng)是內(nèi)核虛擬的文件系統(tǒng)，其中所有的 文件都是內(nèi)核中虛擬出來的，各種文件實(shí)際上是當(dāng)前內(nèi)核在內(nèi)存中的 參數(shù)。它就像是專門為訪問內(nèi)核而打開的一扇門，比如訪問 /proc/cpuinfo文件，實(shí)際上就是訪問目前的 CPU的參數(shù)，每一次系統(tǒng) 啟動時系統(tǒng)都會通過/etc/fstab中設(shè)置的信息自動將proc文件系統(tǒng)加 載到/proc目錄下：# grep proc /etc/fstab none /proc proc defaults 00此外，也可以通

17、過mount命令手動加載：# mount -t proc none /proc通過/proc目錄下的文件可以訪問或更改內(nèi)核參數(shù)，可以通過/proc目錄查詢驅(qū)動程序的信息。下面先讓我們看一下/proc目錄中的信息：# ls /proc1 4725 5032 5100 5248 5292 cryptokcore partitio ns14 4794 5044 5110 5250 5293devices kmsg pci2 4810 5075 5122 5252 5295 dm; ksyms self3 4820 5079 5132 5254 5345 driver loadavg slabinfo

18、4 4831 5080 5151 5256 6 execdomains locks stat4316 4910 5081 5160 5258 fb lvm swaps4317 4912 5082 5170 5262 70 filesystems mdstat sys4318 4924 5083 5180 5271 fs memi nfo sysrq-trigger4319 4950 5084 5189 528' 9 ide misc sysvipc4620 4963 5085 5232 5288 apm in terrupts modules tty4676 5 5086 5242 5

19、289 bus iomem mounts uptime4680 5005 5087 5244 5290 cmdli ne ioports mtrr versio n4706 5018 5088 5246 5291 cpu info irq net需要知道的是，這些文件都是實(shí)時產(chǎn)生的虛擬文件，訪問它們就是 訪問內(nèi)存中真實(shí)的數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)是實(shí)時變化產(chǎn)生的，可以通過以下命 令來查看文件的具體值：# cat /proc/i nterruptsCPU00: 50662 XTPICtimer1:3 XT-PIC keyboard2: 0 XTPICcascade5: 618 XT-PIC ehci-hcd,

20、 eth18 1 XT PIC rtc9: 0 XT PIC usb uhci， ust uhci11: 50 XT PIC usb uhci， eth012: 16 XT PIC PS/2 Mouse14:8009 XTPIC ide015:0 XT PIC ideINMI : OERR: 0其它文件的含意見表1所示。/proc/sys目錄下的文件一般可以直接更改，相當(dāng)于直接更改內(nèi)核 的運(yùn)行參數(shù)，例如：qr# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward上面代碼可以將內(nèi)核中的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能打開。另外，Linux系統(tǒng)中提供一些命令來查詢系統(tǒng)的狀態(tài)，如fre

21、e可以 查看目前的內(nèi)存使用情況，ide_info可以查看ide設(shè)備的信息，例如： # ide_info /dev/had。類似的命令還有scsi_info,可以查看SCSI設(shè)備 的信息。這些命令一般也是查詢/proc目錄下的文件，并返回結(jié)果.系統(tǒng)初始化過程驅(qū)動程序的安裝在Linux安裝過程中，系統(tǒng)上的硬件會被檢測，基于檢測到的結(jié) 果安裝程序會決定哪些模塊需要在引導(dǎo)時被載入。Red Hat的安裝程序?yàn)閍naconda它提供了自動檢測硬件，并且安裝的機(jī)制。但是，如果計算機(jī)內(nèi)的某些硬件沒有默認(rèn)的驅(qū)動程序，比如一塊 SCSI卡,我們可以在啟動后的boot提示符下，輸入“l(fā)inux dd,在加載 完內(nèi)核

22、后，系統(tǒng)會自動提示插入驅(qū)動盤，這時就有機(jī)會把該硬件的 Linux驅(qū)動程序裝入。如果在安裝系統(tǒng)時，某種硬件總是因?yàn)橹袛鄾_突（ISA總線的設(shè) 備較常見，比如一塊ISA網(wǎng)卡）沒法正常驅(qū)動，或者是缺少驅(qū)動程序， 那么可以在boot提示符下輸入“l(fā)inux noprobe。在這種模式下，安裝 程序不會自動配置找到的硬件，可以自己來選擇現(xiàn)有驅(qū)動 ，配置驅(qū)動 程序的參數(shù)，或者選擇用光盤或軟盤加載驅(qū)動程序。定制引導(dǎo)盤系統(tǒng)啟動時是如何加載驅(qū)動的？下面讓我們來看一下Red Hat的安裝光盤是怎樣引導(dǎo)的。當(dāng)Linux安裝光盤啟動時，加載位于光盤上 isolinux中的內(nèi)核文件vmlinuz，內(nèi)核運(yùn)行完畢后，又將in

23、itrd。img 的虛擬文件系統(tǒng)加載到內(nèi)存中。這個文件為ext2文件系統(tǒng)的鏡像,經(jīng)過gzip壓縮，可以通過以下步驟查看該鏡像中的內(nèi)容：# mount /mn t/cdrom# mkdir /mn t/imgdir# gun zip </mnt/cdrom/isolinux/initrd。img > /ext2img # mount -t ext2o loop /ext2img /mnt/imgdir # cd /mnt/imgdir # lsFbi n dev/etc/li nu xrclost+fo un d/modules/proc/sbi n/tmp/var/# cd mod

24、ules# ls module infomodules。cgzmodulesdepmodules.pcimappcitable其中modules.dep為模塊的注冊文件，同時有各種模塊的依存關(guān) 系。modules。cgz為cpio的打包文件，實(shí)際的各種驅(qū)動模塊就在該 文件中。我們可以通過以下命令解包：# cpio idmv < modules.cgz由此可以看到，解包出來的目錄 2。4。21-4XXX。進(jìn)入該目錄下的i386目錄，就可以看到當(dāng)前啟動盤中支持的所以驅(qū)動程序：# Is 3c59x。o3wxxxx。oaic79xx。o若希望在系統(tǒng)中加入需要的驅(qū)動程序，可以相應(yīng)地修改這些文件，比如在modules.dep中加入該模塊的名字和依存關(guān)系，將編譯