编写一个简单的内核模块

本文介绍了Linux内核模块的基础知识,包括模块的定义、编写简单的`hello.c`内核模块、Makefile配置以及如何运行、插入、查看和卸载模块。通过实践,读者能理解内核模块的编写规则和流程。

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模块的定义


模块是具有独立功能的程序,它可以被单独编译,但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行,这与运行在用户空间的进程是不同的模块通常由一组函数和数据结构组成,用来实现一种文件系统,一个驱动程序或其他内核上层的功能

我们在刚开始学习内核模块的时候,可以先编写一个简单的内核模块,对它进行编译,并链接到内核里面运行,通过这个过程可以大概了解模块的编写规则以及从编写到运行的过程。

下面是一个简单的内核模块的例子


源程序“hello.c”

/*包含了对模块的结构定义以及模块的版本控制,
* 任何模块程序的编写都要包含这个头文件*/
#include <linux/module.h>    

#include <linux/kernel.h>    //包含了常用的内核函数

/*宏__init告诉编译程序相关的函数和变量仅用于初始化,
* 编译程序将标有__init的所有代码存储到特殊的内存段中,
* 初始化结束后就释放这段内存*/
#include <linux/init.h>      //包含了宏__init和宏__exit

static int __init lkp_init(void)   //lkp_init()是模块初始化函数
### 编写简单Linux内核模块 #### 准备工作 为了编写并测试一个简单Linux内核模块,开发者需要准备一台安装有Linux系统的计算机,并确保已安装必要的编译工具链以及对应的内核头文件。 #### 基本概念 模块是可以按需加载和卸载至内核中的代码片段[^3]。这些模块能够增强内核的能力而不必重启系统;其中一类重要的模块就是设备驱动程序,用于使能内核识别与控制外部硬件资源。 #### 创建基础框架 下面展示了一个非常基础的内核模块实例: ```c #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> static int __init hello_world_init(void){ printk(KERN_INFO "Hello world!\n"); return 0; } static void __exit hello_world_exit(void){ printk(KERN_INFO "Goodbye world.\n"); } module_init(hello_world_init); module_exit(hello_world_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Your Name Here"); MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World kernel module."); ``` 这段C语言代码定义了一对初始化(`hello_world_init`)和退出(`hello_world_exit`)函数,在模块被加载或移除时分别执行相应的打印语句。`printk()`函数类似于标准库里的`printf()`,但是专供内核模式下调用。最后几行提供了有关此模块的一些元数据信息给用户空间查看。 #### 构建过程 对于上述源码而言,仅需创建一个名为Makefile的小型构建脚本来简化编译流程: ```makefile obj-m += helloworld.o all: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules clean: rm -rf *.o *.ko *.mod.c .*.cmd *.symvers ``` 这里的关键在于设置变量`obj-m`指向目标对象文件名(去掉`.c`后缀),并且指定顶层目录下的Makefile位置以便于调用其规则完成实际链接操作。 #### 加载与验证 一旦成功编译出`.ko`格式的目标文件之后,就可以利用命令行工具insmod或者modprobe将其临时加入当前运行着的核心之中去检验效果了。与此同时,dmesg可以用来检索由我们的模块所产生的日志记录。 #### 卸载清理 当不再需要该模块的时候,则可通过rmmod指令轻松地把它从内存里清除出去。
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