module的认识和写法

 当我们使用 EXPORT_SYMBOL 把一些 function 或 variable export 出来之后，我们使用 ksyma -a 去看一些结果。我们发现 EXPORT_SYMBOL(full) 的确是把 full export出来了 :

c8822200 full [my_module]
c01b8e08 pci_find_slot_R454463b5
. . .

但是，结果怎幺跟我们想象中的不太一样，照理说，应该是 full_Rxxxxxx 之类的东西才对啊，怎幺才出现 full 而已呢 ? 奇怪，问题在那里呢 ?

其实，问题就在于我们没有对本身的 module 所 export 出来的 function 或 variable 的名字做 encode。想想，如果在 module 的开头。我们加入一行

#define full full_Rxxxxxx

之后，我们再重新 compile module 一次，载到 kernel 之后，就可以发现 ksyms -a 显示的是

c8822200 full_Rxxxxxx [my_module]
c01b8e08 pci_find_slot_R454463b5
. . . . .

了。那是不是说，我们要去对每一个 export 出来的 variable 和 function 做 define 的动作呢 ? 当然不是啰。记得吗，前头我们讲去使用 kernel export 的 function 时，由于 include 了一些 .ver 的档案，以致于我们不用再做 define 的动作。现在，我们也要利用 .ver 的档案来帮我们，使我们 module export 出来的 function 也可以自动加入 kernel version 的 information。也就是变成 full_Rxxxxxx 之类的东西。

Linux 里提供了一个 command，叫 genksyms，就是用来帮我们产生这种 .ver 的档案的。它会从 stdin 里读取 source code，然后检查 source code 里是否有 export 的 variable 或 function。如果有，它就会自动为每个 export 出来的东西产生一些 define。这些 define 就是我们之前说的。等我们有了这些 define 之后，只要在我们的 module 里加入这些 define，那 export 出来的 function 或 variable 就会变成上面那个样子。

假设我们的程序都放在一个叫 main.c 的档案里，我们可以使用下列的方式产生这些 define。

gcc -E -D__GENKSYMS__ main.c | genksyms -k 2.2.1 > main.ver

gcc 的 -E 参数是指将 preprocessing 的结果 show 出来。也就是说将它 include 的档案，一些 define 的结果都展开。-D__GENKSYMS__ 是一定要的。如果没有定义这个 constant，你将不会看到任何的结果。用一个管线是因为 genksyms 是从 stdin 读资料的，所以，经由管线将 gcc 的结果传给 genksyms。-k 2.2.1 是指目前使用的 kernel 版本是 2.2.1，如果你的 kernel 版本不一样，必须指定你的 kernel 的版本。产生的 define 将会被放到 main.ver 里。产生完 main.ver 档之后，在 main.c 里将它 include 进来，那一切就 OK 了。有件事要告诉各位的是，使用这个方式产生的 module，其 export 出来的东西会经由 main.ver 的 define 改头换面。所以如果你要让别人使用，那你必须将 main.ver 公开，不然，别人就没办法使用你 export 出来的东西了。

讲了这幺多，相信各位应该都已经比较清楚 module 在 kernel 中是怎幺样一回事，也应该知道为什幺有时候 module 会无法加载了。除此之外，各位应该还知道如何使自己 module export 出来的东西也具有 kernel version 的 information。

接下来，要跟各位讲的就是，如何写一个 module 了。其实，写一个 module 很简单的。如果你了解我上面所说的东西。那我再讲一次，再用个例子，相信大家就都会了。要写一个 module，必须要提供两个 function。这两个 function 是给 insmod 和 rmmod 使用的。它们分别是 init_module()，以及 cleanup_module()。

int init_module();
void cleanup_module();

相信大家都知道在 Linux 里可以使用 insmod 这个 command 来将某个 module 加载。比方说，我有一个 module 叫 hello.o，那使用 insmod hello.o 就可以将 hello 这个 module 载到 kernel 里。观察 /etc/modules 应该就可以看到 hello 这个 module 的名字。如果要将 hello 这个 module 移除，则只要使用 rmmod hello 就可以了。insmod 在加载 module 之后，就会去呼叫 module 所提供的 init_module()。如果传回 0 表示成功，那 module 就会被加载。如果失败，那加载的动作就会失败。一般来讲，我们在 init_module() 做的事都是一些初始化的工作。比方说，你的 module 需要一块内存，那你就可以在 init_module() 做 kmalloc 的动作。想当然尔。cleanup_module() 就是在 module 要移除的时候做的事。做的事一般来讲就是一些善后的工作，比方像把之前 kmalloc 的内存 free 掉。

由于 module 是载到 kernel 使用的，所以，可能别的 module 会使用你的 module，甚至某些 process 也会使用到你的 module，为了避免 module 还有人使用时就被移除，每个 module 都有一个 use count。用来记录目前有多少个 process 或 module 正在使用这个 module。当 module 的 use count 不等于 0 时，module 是不会被移除掉的。也就是说，当 module 的 use count 不等于 0 时，cleanup_module() 是不会被呼叫的。

在此，我要介绍三个 macro，是跟 module 的 use count 有关的。

MOD_INC_USE_COUNT
MOD_DEC_USE_COUNT
MOD_IN_USE

MOD_INC_USE_COUNT 是用来增加 module 的 use count，而 MOD_DEC_USE_COUNT 是用来减少 module 的 use count。至于 MOD_IN_USE 则是用来检查目前这个 module 是不是被使用中。也就是检查 use count 是否为 0。module 的 use count 必须由写 module 的人自己来 maintain。系统并不会自动为你把 use count 加一或减一。一切都得由自己控制。下面有一个例子，但是，并不会介绍这三个 macro 的使用方法。将来如果有机会，我再来介绍这三个 macro 的用法。

这个例子很简单。其实只是示范如何使用 init_module() 以及 cleanup_module() 来写一个 module。当然，这两个 function 只是构成 module 的基本条件罢了。至于 module 里要提供的功能则是看各人的需要。

main.c
#define MODULE
#include <linux/module.h>
#include <asm/uaccess.h>
int full;
EXPORT_SYMBOL(full); /* 将 full export 出去 */
int init_module( void )
{
printk( "<5> Module is loaded\n" );
return 0;
}
void cleanup_module( void )
{
printk( "<5> Module is unloaded\n" );
}

关于 printk 是这样子的，它是 kernel 所提供的一个打印讯息的 function。kernel 有 export 这个 function。所以你可以自由的使用它。它的用法跟 printf 几乎一模一样。唯独讯息的开头是 <5>，其实，不见得这三个字符啦。也可以是 <4>，<3>，<7> 等等的东西。这是代表这个讯息的 prioirty 或 level。<5> 表示的是跟 KERNEL 有关的讯息。

main.ver:

利用 genksyms 产生出来的。

gcc -E -D__GENKSYMS__ main.c | genksyms -k 2.2.1 > main.ver

接下来，就是要把 main.c compile 成 main.o

gcc -D__KERNEL__ -DMODVERSIONS -DEXPORT_SYMTAB -c \
-I/usr/src/linux/include/linux -include \
/usr/src/linux/include/linux/modversions.h \
-include ./main.ver main.c

好了。main.o 已经成功的 compile 出来了，现在下一个 command，

insmod main.o

检查看 /proc/modules 里是否有 main 这个 module。如果有，表示 main 这个 module 已经载到 kernel 了。再下一个指令，看看 full export 出去的结果。

ksyms

结果显示

Address Symbol Defined by
c40220e0 full_R355b84b2 [main]
c401d04c ne_probe [ne]
c401a04c ei_open [8390]
c401a094 ei_close [8390]
c401a504 ei_interrupt [8390]
c401af1c ethdev_init [8390]
c401af80 NS8390_init [8390]

可以看到 full_R355b84b2，表示，我们已经成功的将 full 的名字加上 kernel version 的 information 了。当我们不需要这个 module 时，我们就可以下一个 command，

rmmod main

这样 main 就会被移除掉了。再检查看看 /proc/modules 就可以发现 main 那一行不见了。各位现在可以看一下 /var/log/message 这个档案，应该可以发现以两行

Apr 12 14:19:05 host kernel: Module is loaded
Apr 12 14:39:29 host kernel: Module is unloaded

这两行就是 printk 印出来的。

关于 module 的介绍已经到此告一段落了。其实，使用 module 实在是很简单的一件事。对于要发展 driver 或是增加 kernel 某些新功能的人来讲，用 module 不啻为一个方便的方式。希望这篇文章对各位能有所帮助。