Linux 驱动开发-模块加载过程

最新推荐文章于 2025-06-01 11:18:37 发布

one客

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文章标签： linux 驱动开发 arm开发

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Linux 驱动开发->模块加载过程

Linux 内核加载模块的过程是一个复杂的系统操作，涉及多个步骤和子系统。内核模块加载的过程使内核能够在运行时动态加载代码（例如设备驱动程序），而无需重新编译或重启内核。模块加载通常由 insmod 或 modprobe 工具触发，模块加载的主要步骤包括从用户空间发出加载请求、模块文件的加载、符号解析、执行模块的初始化等。

内核加载模块的过程。

用户空间工具发出请求

insmod：通过手动指定模块文件路径加载模块。

sudo insmod my_module.ko

modprobe：更高级的工具，可以根据模块的名字加载，并处理模块的依赖关系。

sudo modprobe my_module

系统调用与内核交互

无论是 insmod 还是 modprobe，它们最终都会调用 init_module 系统调用，向内核发出加载模块的请求。init_module 会接收两个主要参数：

模块二进制数据：这是 .ko 文件的内容，通常由 ELF 格式表示。
模块的选项：可选的模块参数，用于配置模块。

系统调用流程如下：

int init_module(void *module_image, unsigned long len, const char *param_values);

module_image 是模块的二进制文件内容。
内核负责处理该文件内容，并将其加载到内存中。

内核处理模块加载请求

内核收到 init_module 系统调用后，通过一系列函数开始加载模块。其主要工作包括：

a. 分配内存

内核首先为模块分配内存空间，将模块代码、数据段以及符号表映射到合适的内核地址空间。

b. 解析模块头部

内核解析模块的 ELF 文件头部，检查模块的结构、符号表、依赖等信息。如果模块有其他依赖模块，内核会确保这些依赖模块已经加载。

c. 符号解析

内核模块可能会引用其他模块或内核中的全局符号。符号解析的关键步骤是：

导入符号：解析模块中使用的符号，并检查这些符号是否已在内核或其他已加载模块中导出（即通过 EXPORT_SYMBOL 导出）。
导出符号：将模块中定义的全局符号导出，供其他模块使用。

d. 依赖处理

如果模块依赖于其他模块（例如某个网络协议模块依赖于加密模块），内核会确保这些依赖模块已经加载。使用 modprobe 时，它会自动加载依赖模块，而 insmod 不会自动处理依赖。

模块初始化

当符号解析完成后，内核会执行模块的初始化过程，这通过模块内的 module_init 宏指定的初始化函数实现。

static int __init my_module_init(void) {
    printk(KERN_INFO "My module is loaded.\n");
    return 0;
}
module_init(my_module_init);

内核通过 .initcall 段找到模块的初始化函数，然后调用它。这个函数通常负责模块的核心初始化任务，例如：

注册设备驱动程序（如 register_chrdev 或 register_netdev）。
分配硬件资源。
启动必要的内核线程或定时器。

如果初始化函数返回 0，则表明模块初始化成功。否则，加载失败，内核会卸载该模块并释放已分配的资源。

模块注册

在模块初始化成功后，内核会将模块注册到内核模块表中，标记其状态为已加载。此时，模块的功能已经可以被内核或其他模块使用。

可以使用 lsmod 查看已加载的模块：

lsmod

加载日志

模块加载过程中的日志通过内核日志系统记录，用户可以通过 dmesg 命令查看这些信息。日志中会记录：

模块加载成功或失败的情况。
任何错误或警告信息。

例如，使用 dmesg | grep my_module 来查看特定模块的加载日志。

模块卸载

当不再需要该模块时，可以通过 rmmod 或 modprobe -r 命令卸载模块。内核会调用 module_exit 宏指定的退出函数来清理资源并注销模块。（在模块加载时就已经将卸载的函数注册到内核中了）

static void __exit my_module_exit(void) {
     printk(KERN_INFO "My module is unloaded.\n");
}

module_exit(my_module_exit);

内存释放：内核会释放与该模块相关的内存，包括其代码段、数据段以及符号表。
注销模块：模块从内核的模块列表中被移除，不能再被使用。

模块加载流程总结

用户空间工具发出请求：通过 insmod 或 modprobe 触发加载。
系统调用：init_module 系统调用加载模块。
内存分配：内核为模块分配内存，解析模块头信息。
符号解析：解析模块的外部符号，并检查依赖关系。
执行初始化：调用模块的初始化函数，执行模块注册或资源分配等操作。
模块注册：模块成功加载，注册到内核模块表中。
模块卸载：通过 rmmod 或 modprobe -r 卸载模块，并调用退出函数释放资源。