Linux：模块加载与参数传递

Linux：模块加载与参数传递

Abstract

Linux内核是模块化的，由一个尽可能小的基本内核，和一堆实现进阶功能的内核模块组成。

支持模块的好处有三个，一是让基本内核非常精简，二是允许在运行时添加功能，三是支持设备的热插拔，因为设备驱动也是以内核模块的形式实现的。大多数情况下，可以认为模块的功能就是注册和删除设备驱动。

模块和应用程序的功能是不同的，它并不负责完成工作，而是将完成工作所需要的函数，结构体，变量等注册到内核，并在设备不再需要的时候清除内核。

编写内核通常由四步组成

1. 编写设备功能
2. 编写初始化/退出函数
3. 编译模块
4. 装载/卸载模块

设备功能

Linux设备通常分为三类

1. 字符设备（PCI设备，USB设备等）
2. 块设备（磁盘等）
3. 网络设备

对设备的划分纯粹是功能性的，换句话说，字符设备共享一套编程接口（尽管它们的功能不尽相同），块设备共享一套，网络设备则是另一套。

拿字符设备来说，具体的编程接口由三个结构体定义：

1. file_operations，定义对设备的操作
2. file，设备的运行时标识
3. inode，设备在系统中的标识

file_operation中，定义了很多对设备的操作函数，open，release，read，write等，它们的参数和返回值是由内核统一规定的，这使得内核能够以统一的接口处理不同的设备。

在定义自己的设备时，需要提供一个file_operations结构体，其中自己定义的函数以下图的方式映射，未定义的函数则为NULL。

关于file_operation的具体定义，以及它是如何使用file和inode的，这是另一个有趣的故事，目前，就让我们使用一个toy example，file_operations是一个空结构体，该设备的每个函数都为空¹！

/*Demo设备向系统注册操作功能,声明设备操作的功能接口函数*/
struct file_operations Demo_ops={
};

编写初始化/退出函数

假设已经编写好了关于设备功能的函数，下一步就是编写该模块被注册时调用的函数。

初始化函数一般被声明为static，这使得它只在内部可见，被其他模块调用时需要借助于称为导出的技术，__init标记是另外一个可选标记，它使得该函数在初始化之后从内核中清除出去。

/*系统初始化*/
static int __init Demo_Init(void)
{
	int ret = register_chrdev(DEMO_MAJOR, DEVICE_NAME, &Demo_ops);
	if(ret){	
		printk("Init Failed");		
	}	
	else{
		printk("Init Successed!");	
    }
    return ret;
}

在初始化函数内部，使用register_chrdev(Major,Name,file_operations)注册字符设备，Major是主设备号，在0~255之间，name是设备名，在/proc/devices中使用，Demo_ops就是前面建立的file_operations结构体。

与初始化函数相对的，模块必须编写退出函数，在模块被卸载时调用以释放资源。

static void __exit Demo_Exit(void)
{	
	unregister_chrdev(DEMO_MAJOR, DEVICE_NAME);
	printk("Bye~\n");	
}

注意register_chrdev和unregister_chrdev都是在2.6版本之前使用的函数，在2.6版本之后，一般使用cdev注册。

在编写完这两个函数之后，需要将其与模块初始化与卸载绑定。

/*内核模块入口,相当于main()函数,完成模块初始化*/
module_init(Demo_Init);
/*卸载时调用的函数入口,完成模块卸载*/
module_exit(Demo_Exit);

其中module_init和module_exit都是预先定义好的宏，不可改变。

最后为模块设定许可证，表示其开源协议即可，如果没有显式设定许可证，则会被认为是“Proprietary（专有）”。

MODULE_LICENSE("GPL");

编译模块

和任何一个C语言程序一样，模块在实际使用之前需要经过编译，编译在linux内核中一般通过make命令和makefile完成。

例如：

$:make a

linux会在当前目录下查找Makefile，并在其中寻找a:something项，并将其执行。

例如：

a:cat Makefile

此时：make a 将Makefile打印到终端

$:make a

在编译模块时，我们使用的Makefile一般如下：

obj-m := demo_drv.o
KERNELDIR := /lib/modules/3.2.14/build
PWD := $(shell pwd)

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

modules_install:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:	
	rm -f *.ko *.mod.c *.o ~core.depend

当在终端执行：

$ make

会找到Makefile里的default项，执行

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

其中，-C表明对module的编译规则需要到KERNELDIR目录下的Makefile中寻找，M=PWD表示最终要编译的参数在当前目录，而在Makefile开头声明的obj-m:=demo_drv.o，则指示了make的目标：demo_drv.c会先被编译为demo_drv.o，然后得到demo_drv.ko²。

同理，make modules_install和make clean也会执行对应的功能。

装载/卸载 模块

模块编译之后，得到.ko文件，这就是我们要装载的模块，语法是简单的：

sudo insmod mymodule.ko

sudo rmmod mymodule

代码和结果

#include<linux/init.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/module.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/cdev.h>

#define DEMO_MAJOR 98
#define DEMO_MINOR 0
#define DEVICE_CNT 1
#define DEVICE_NAME "demo_drv"

/*Demo设备向系统注册操作功能,声明设备操作的功能接口函数*/
struct file_operations Demo_ops={
};

/*系统初始化*/
static int __init Demo_Init(void)
{	
	int ret = -1;	

	ret = register_chrdev(DEMO_MAJOR, DEVICE_NAME, &Demo_ops);
	if(ret){	
		printk("Demo_module failed with %d\n[--kernel--]",ret);		
		return 	
	}	
	else{
		printk("Demo_driver register success!!![--kernel--]\n");	
	}	

	return 0;
}

/*系统卸载*/
static void __exit Demo_Exit(void)
{	
	unregister_chrdev(DEMO_MAJOR, DEVICE_NAME);
	printk("Demo Driver unregister success!!![--kernel--]\n");	
}

/*驱动程序版本及GPL协议证书信息*/
MODULE_DESCRIPTION("Simple driver module");
MODULE_LICENSE("GPL");

/*内核模块入口,相当于main()函数,完成模块初始化*/
module_init(Demo_Init);
/*卸载时调用的函数入口,完成模块卸载*/
module_exit(Demo_Exit);

obj-m := demo_drv.o
KERNELDIR := /lib/modules/3.2.14/build
PWD := $(shell pwd)

default:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean:	
	rm -f *.ko *.mod.c *.o ~core.depend

将这两个文件放在同一个目录下

make

sudo insmod demo_drv.ko

dmesg

sudo rmmod demo_drc

dmesg

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1. 但这不妨碍它成为合法的设备 ↩︎

2. 这不是唯一的定义方式，例如，模块由多个源文件生成时，则使用另外的语法。 ↩︎