编写一个简单的Linux内核模块

为了在运行时动态增加和删除某个功能，Linux内核引入了内核模块这一机制，可在内核运行时加载一组目标代码来实现某个特定的功能，这样在实际使用Linux的过程中就不需要重新编译内核代码来实现动态扩展。

为了深入Linux内核的学习，我们从编写一个简单的Linux内核模块开始。

helloworld.c

创建一个名为helloworld.c的文件，内容如下：

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

static int __init hello_init(void)
{
        printk(KERN_INFO "hello world enter\n");
        return 0;
}

module_init(hello_init);

static void __exit hello_exit(void)
{
        printk(KERN_INFO "hello world exit\n");
}

module_exit(hello_exit);

MODULE_AUTHOR("fukaiqiang");//作者
MODULE_LICENSE("GPL v2");//模块许可证声明,一般用GPL v2
MODULE_DESCRIPTION("A simple hello world module");//模块描述
MODULE_ALIAS("hw"); //别名

1. 这个简单的内核模块只有两个函数，一个是hello_init，一个是hello_exit。
2. 头文件有两个，分别是init.h和module.h，它们分别对应内核源代码中的 include/linux/init.h 文件和 include/linux/module.h 文件，其中module_init和module_exit是在init.h中，MODULE_AUTHOR等宏是在module.h中。
3. module_init告诉内核这是该模块的入口。
4. module_exit告诉内核这是该模块的退出函数。
5. 函数hello_init和hello_exit都只利用printk往终端输出一句话。printk函数类似C语言中的printf函数，只是增加了输出级别的支持。
6. MODULE_AUTHOR描述作者信息，MODULE_LICENSE描述软件许可协议。MODULE_DESCRIPTION描述该模块的用途或功能。MODULE_ALIAS描述模块的别名。
7. Linux内核是一个使用了GPLv2许可证的开源项目，这要求所有使用和修改Linux源代码的个人或公司都有义务把修改后的源代码公开，GPL是一个强制性的开源协议，因此我们编写的驱动代码中需要显示地声明和遵循这个协议。

Makefile

KVERS = $(shell uname -r)

obj-m := helloworld.o

all:
    make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(PWD) modules

clean:
    make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(PWD) clean
        rm -rf *.ko;

$make
make -C /lib/modules/4.15.0-142-generic/build M=/media/fukaiqiang/Disk960/Codes/kernel/hello_world
make[1]: Entering directory '/usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic'
  CC [M]  /media/fukaiqiang/Disk960/Codes/kernel/hello_world/helloworld.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /media/fukaiqiang/Disk960/Codes/kernel/hello_world/helloworld.mod.o
  LD [M]  /media/fukaiqiang/Disk960/Codes/kernel/hello_world/helloworld.ko
make[1]: Leaving directory '/usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic'

1. uname -r 用于获取内核的版本
2. obj-m 表示要生成的模块,其值组成为 <模块名>.o
3. -C 这是make的递归调用,用在这里指进入/usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic,并递归这个目录下所有的Makefile进行make.
4. M 并非是make的参数,而是内核编译的选项,所以M的值是/media/fukaiqiang/Disk960/Codes/kernel/hello_world
5. make过程: 进入/usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic,通过hello_world.c生成hello_world.o,通过helloworld.mod.c生成helloworld.mod.o(不熟悉这个环节).链接hello_world.o和helloworld.mod.o生成helloworld.ko.离开/usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic.

检测ko文件的正确性

$file helloworld.ko
helloworld.ko: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), BuildID[sha1]=225d75bec2feeab394d6567f8104a13874623dd1, not stripped

当看到 x86-64 的 ELF 文件,就证明编译成功了.

查看ko文件的信息

$modinfo helloworld.ko
filename:       /media/fukaiqiang/Disk960/Codes/kernel/hello_world/helloworld.ko
alias:          hw
description:    A simple hello world module
license:        GPL v2
author:         fukaiqiang
srcversion:     897BBFF3273E374126017CE
depends:        
retpoline:      Y
name:           helloworld
vermagic:       4.15.0-142-generic SMP mod_unload

加载内核模块

sudo insmod helloworld.ko

查看内核是否已被加载

lsmod | grep helloworld
helloworld             16384  0

查看内核的输出信息

dmesg
[421558.748577] hello World enter

卸载内核模块

sudo rmmod helloworld
[440528.513574] hello World exit

补充: 模块被加载后会在/sys/module下生成一个文件夹

{ fukaiqiang@superman /sys/module/helloworld }
$tree -a
.
├── coresize
├── holders
├── initsize
├── initstate
├── notes
│   └── .note.gnu.build-id
├── refcnt
├── sections
│   ├── .exit.text
│   ├── .gnu.linkonce.this_module
│   ├── .init.text
│   ├── __mcount_loc
│   ├── .note.gnu.build-id
│   ├── .rodata.str1.1
│   ├── .strtab
│   └── .symtab
├── srcversion
├── taint
└── uevent

3 directories, 16 files

到这里,我们就编写完成了一个简单的Linux内核模块了,感兴趣的,快动手试试吧.

参考

奔跑吧内核 入门篇第2版 第五章内核模块