Linux內(nèi)核模塊講解

操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)專題二：內(nèi)核模塊主講：張志欽1AbstractLinux內(nèi)核模塊12實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)核模塊舉例321.Linux內(nèi)核模塊3單體內(nèi)核

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微內(nèi)核（概念）單體內(nèi)核(Microkernel)整個(gè)核心程序都是以核心空間（KernelSpace）的身份及監(jiān)管者模式（SupervisorMode）來(lái)運(yùn)行；操作系統(tǒng)的代碼高度緊密，所有的模塊都在同一塊尋址空間內(nèi)運(yùn)行微內(nèi)核(Microkernel)微內(nèi)核本身只提供最基本的操作系統(tǒng)的功能，比如進(jìn)程調(diào)度與消息傳遞等其他的功能由其獨(dú)立的模塊提供，每個(gè)獨(dú)立的功能模塊都可以是一個(gè)進(jìn)程。當(dāng)我們需要使用某個(gè)功能的時(shí)候，我們只需要在運(yùn)行的操作系統(tǒng)里安裝這個(gè)模塊，并且運(yùn)行對(duì)應(yīng)服務(wù)，當(dāng)這個(gè)功能不再需要的時(shí)候，我們可以停止這個(gè)服務(wù)，這樣這個(gè)功能模塊將不占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存和處理器的資源，而不會(huì)破壞當(dāng)前的系統(tǒng)正常運(yùn)4效率問(wèn)題驅(qū)動(dòng)程序問(wèn)題內(nèi)核升級(jí)問(wèn)題微內(nèi)核設(shè)計(jì)方式帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)模塊化的方式設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)，模塊的設(shè)計(jì)者只需要關(guān)注自己的功能模塊。操作系統(tǒng)的更新時(shí)，除了微內(nèi)核本身，可以動(dòng)態(tài)的更新其他的功能模塊在系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)的使能/禁止對(duì)應(yīng)的模塊，以釋放計(jì)算機(jī)的資源。單體內(nèi)核

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微內(nèi)核（優(yōu)缺點(diǎn)）5單體內(nèi)核

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微內(nèi)核（實(shí)例）單體內(nèi)核傳統(tǒng)的UNIX大行其道的Linux商業(yè)化非常成功的Solaris微內(nèi)核WindowsMacOSWindRiverVxWorksLinux系統(tǒng)如何解決單體內(nèi)核的缺陷6Linux的內(nèi)核模塊（概念）Linux內(nèi)核引入內(nèi)核模塊機(jī)制LKM--LoadableKernelModule通過(guò)動(dòng)態(tài)加載內(nèi)核模塊，使得在運(yùn)行過(guò)程中擴(kuò)展內(nèi)核的功能不需要的時(shí)候，卸載該內(nèi)核模塊7Linux的內(nèi)核模塊（概念）內(nèi)核模塊是一種沒(méi)有經(jīng)過(guò)鏈接，不能獨(dú)立運(yùn)行的目標(biāo)文件，是在內(nèi)核空間中運(yùn)行的程序。經(jīng)過(guò)鏈接裝載到內(nèi)核里面成為內(nèi)核的一部分，可以訪問(wèn)內(nèi)核的公用符號(hào)（函數(shù)和變量）。內(nèi)核模塊可以讓操作系統(tǒng)內(nèi)核在需要時(shí)載入和執(zhí)行，在不需要時(shí)由操作系統(tǒng)卸載。它們擴(kuò)展了操作系統(tǒng)內(nèi)核的功能卻不需要重新啟動(dòng)系統(tǒng)。如果沒(méi)有內(nèi)核模塊，我們不得不一次又一次重新編譯生成單內(nèi)核操作系統(tǒng)的內(nèi)核鏡像來(lái)加入新的功能。這還意味著一個(gè)臃腫的內(nèi)核。8Linux的內(nèi)核模塊（圖）9Linux的內(nèi)核模塊（圖）1011Linux的內(nèi)核模塊（優(yōu)缺點(diǎn)）模塊機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)：減小內(nèi)核映像尺寸，增加系統(tǒng)靈活性；節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間；修改內(nèi)核，不必重新編譯整個(gè)內(nèi)核。模塊的目標(biāo)代碼一旦被鏈入內(nèi)核，作用和靜態(tài)鏈接的內(nèi)核目標(biāo)代碼完全等價(jià)。模塊機(jī)制的缺點(diǎn)：對(duì)系統(tǒng)性能有一定損失；使用不當(dāng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；12Linux的內(nèi)核模塊（相關(guān)命令）內(nèi)核模塊的加載

#insmodmodule_name內(nèi)核模塊的卸載當(dāng)我們不需要內(nèi)核模塊了,為了減少系統(tǒng)資源的開(kāi)銷,需要卸載時(shí)使用命令#rmmodmodule_name或者#modprobe–rmodule_name查看系統(tǒng)已經(jīng)加載的模塊#lsmod查看系統(tǒng)已經(jīng)加載的模塊信息#modinfo132.內(nèi)核模塊舉例14內(nèi)核模塊實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)步驟新建模塊目錄用編輯器(vi)編輯源文件用編輯器編輯Makefile編譯模塊15內(nèi)核模塊源代碼

//hello.c

#include<linux/init.h>

//formodule_init()#include<linux/module.h>

//mustbeinclude#include<linux/kernel.h>

//forprintk()

staticint

hello_init(void){printk(“Helloworld\n”);return0;}staticvoid

hello_exit(void){printk(“Hellomoduleexit\n”);}module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);MODULE_LICENSE(“GPL”);MODULE_AUTHOR(“rapide”);

內(nèi)核模塊說(shuō)明說(shuō)明:模塊入口函數(shù)為hello_init(),由module_init()宏指定,在模塊被加載的時(shí)候被調(diào)用向系統(tǒng)注冊(cè)入口函數(shù)的返回值為0表示成功,非0表示失敗模塊的退出函數(shù)為hello_exit(),由module_exit()宏指定,在模塊被卸載是被調(diào)用向系統(tǒng)注銷,主要來(lái)完成資源的清理工作,它被調(diào)用完畢后,就模塊就被內(nèi)核清除了一個(gè)模塊最少需要有入口和退出函數(shù)16內(nèi)核模塊說(shuō)明說(shuō)明:2.4內(nèi)核后，引入識(shí)別代碼是否在GPL許可下發(fā)布的機(jī)制。在使用非公開(kāi)的源代碼產(chǎn)品時(shí)會(huì)得到警告。通過(guò)宏MODULE_LICENSE(“GPL”)，設(shè)置模塊遵守GPL證書(shū)，取消警告信息。宏MODULE_DESCRIPTION()用來(lái)描述模塊的用途。宏MODULE_AUTHOR()用來(lái)聲明模塊的作者。宏MODULE_SUPPORTED_DEVICE()聲明模塊支持的設(shè)備。這些宏都在頭文件linux/module.h定義。使用這些宏只是用來(lái)提供識(shí)別信息。17內(nèi)核模塊說(shuō)明printk()函數(shù)printk函數(shù)在Linux內(nèi)核中定義并且對(duì)模塊可用，為內(nèi)核提供日志功能，記錄內(nèi)核信息或用來(lái)給出警告。與標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)函數(shù)printf的行為相似。每個(gè)printk()聲明都會(huì)帶一個(gè)優(yōu)先級(jí)。內(nèi)核總共定義了八個(gè)優(yōu)先級(jí)的宏，在linux/kernel.h中定義。若你不指明優(yōu)先級(jí)，DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL這個(gè)默認(rèn)優(yōu)先級(jí)將被采用。信息添加到文件/var/log/messages，可直接查看，或者用命令dmesg查看。在X－windows下的終端insmod一個(gè)模塊，日志信息只會(huì)記錄在日志文件中，而不在終端打印。18內(nèi)核模塊說(shuō)明19寫(xiě)內(nèi)核程序需要注意:

內(nèi)核模塊的makefileobj-m:=hello.oKERNELDIR:=/lib/modules/2.6.20/buildPWD:=$(shellpwd)

modules:

$(MAKE)-C$(KERNELDIR)M=$(PWD)modules

modules_install:

$(MAKE)-C$(KERNELDIR)M=$(PWD)modules_installclean:

rm-rf*.o*~core.depend.*.cmd*.ko*.mod.c.tmp_versions20內(nèi)核模塊的makefileMakefile說(shuō)明:為2.6版本內(nèi)核構(gòu)造模塊首先需要有配置并構(gòu)建好的2.6內(nèi)核源代碼樹(shù)。而且最好運(yùn)行和模塊對(duì)應(yīng)的內(nèi)核。2.6內(nèi)核的模塊要和內(nèi)核源代碼樹(shù)中的目標(biāo)文件連接。2.6內(nèi)核的構(gòu)建系統(tǒng)Kbuild，使得內(nèi)核源碼外的內(nèi)核模塊編譯跟內(nèi)核編譯統(tǒng)一起來(lái)，無(wú)須手動(dòng)給定這些參數(shù)。改變目錄到用-C選項(xiàng)提供的內(nèi)核源碼目錄，在那里找到內(nèi)核的頂層makefile。M=選項(xiàng)使makefile在試圖建立模塊目標(biāo)前,回到模塊源碼目錄。2122內(nèi)核模塊的編譯在hello模塊源文件所在目錄上#make得到hello.ko就是產(chǎn)生的內(nèi)核模塊23內(nèi)核模塊的加載

#insmodhello.ko24內(nèi)核模塊的卸載

#rmmodhello內(nèi)核模塊安裝時(shí)如何傳遞參數(shù)2526內(nèi)核模塊的參數(shù)內(nèi)核允許對(duì)模塊指定參數(shù)，這些參數(shù)可在裝載模塊時(shí)改變。在運(yùn)行insmod或者modprobe命令時(shí)給出參數(shù)的值。

insmodhello.kohowmany=10whom="Mom"如何定義實(shí)現(xiàn)模塊參數(shù)呢？要傳遞參數(shù)給模塊，首先將獲取參數(shù)值的變量聲明為全局變量。然后使用宏moudle_param來(lái)聲明

intmyint=3;

module_param(myint,int，0);27內(nèi)核模塊的參數(shù)module_param(name,type,perm); perm是一個(gè)權(quán)限值,控制誰(shuí)可以存取模塊參數(shù)在sysfs中的表示。 perm被設(shè)為0,就根本沒(méi)有sysfs項(xiàng)這個(gè)宏定義應(yīng)當(dāng)放在任何函數(shù)之外,典型地是出現(xiàn)在源文件的前面。應(yīng)該總是為變量賦初值。28內(nèi)核模塊的參數(shù)宏MODULE_PARM_DESC()

用來(lái)注解該模塊可以接收的參數(shù)。該宏兩個(gè)參數(shù)：變量名和一個(gè)對(duì)該變量的描述。模塊可以用這樣的命令行加載：

./insmodmymodule.komyvariable=229內(nèi)核模塊的參數(shù)聲明一個(gè)數(shù)組參數(shù)：

module_param_array(name,type,num,perm);name數(shù)組的名子(也是參數(shù)名)type數(shù)組元素的類型num是數(shù)組元素的個(gè)數(shù),模塊加載者拒絕比數(shù)組能放下的多的值。2.6.9傳遞數(shù)組個(gè)數(shù)變量名，2.6.11傳遞數(shù)組個(gè)數(shù)變量的地址。perm是通常的權(quán)限值.如果數(shù)組參數(shù)在加載時(shí)設(shè)置。30內(nèi)核模塊的參數(shù)聲明一個(gè)數(shù)組參數(shù)：

module_param_array(name,type,num,perm);name數(shù)組的名子(也是參數(shù)名)type數(shù)組元素的類型num是數(shù)組元素的個(gè)數(shù),模塊加載者拒絕比數(shù)組能放下的多的值。2.6.9傳遞數(shù)組個(gè)數(shù)變量名，2.6.11傳遞數(shù)組個(gè)數(shù)變量的地址。perm是通常的權(quán)限值.如果數(shù)組參數(shù)在加載時(shí)設(shè)置。31內(nèi)核模塊的參數(shù)參數(shù)數(shù)組的定義：staticinttest[5]={1,2,3,4,5};staticintnum=5;module_param(num,int,0);module_param_ar