Linux內(nèi)核模塊講解

操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)專題二：內(nèi)核模塊主講：張志欽1AbstractLinux內(nèi)核模塊12實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)核模塊舉例321.Linux內(nèi)核模塊3單體內(nèi)核

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微內(nèi)核（概念）單體內(nèi)核(Microkernel)整個核心程序都是以核心空間（KernelSpace）的身份及監(jiān)管者模式（SupervisorMode）來運(yùn)行；操作系統(tǒng)的代碼高度緊密，所有的模塊都在同一塊尋址空間內(nèi)運(yùn)行微內(nèi)核(Microkernel)微內(nèi)核本身只提供最基本的操作系統(tǒng)的功能，比如進(jìn)程調(diào)度與消息傳遞等其他的功能由其獨(dú)立的模塊提供，每個獨(dú)立的功能模塊都可以是一個進(jìn)程。當(dāng)我們需要使用某個功能的時候，我們只需要在運(yùn)行的操作系統(tǒng)里安裝這個模塊，并且運(yùn)行對應(yīng)服務(wù)，當(dāng)這個功能不再需要的時候，我們可以停止這個服務(wù)，這樣這個功能模塊將不占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存和處理器的資源，而不會破壞當(dāng)前的系統(tǒng)正常運(yùn)4效率問題驅(qū)動程序問題內(nèi)核升級問題微內(nèi)核設(shè)計(jì)方式帶來的優(yōu)勢模塊化的方式設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)，模塊的設(shè)計(jì)者只需要關(guān)注自己的功能模塊。操作系統(tǒng)的更新時，除了微內(nèi)核本身，可以動態(tài)的更新其他的功能模塊在系統(tǒng)運(yùn)行的時候，可以根據(jù)需要動態(tài)的使能/禁止對應(yīng)的模塊，以釋放計(jì)算機(jī)的資源。單體內(nèi)核

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微內(nèi)核（優(yōu)缺點(diǎn)）5單體內(nèi)核

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微內(nèi)核（實(shí)例）單體內(nèi)核傳統(tǒng)的UNIX大行其道的Linux商業(yè)化非常成功的Solaris微內(nèi)核WindowsMacOSWindRiverVxWorksLinux系統(tǒng)如何解決單體內(nèi)核的缺陷6Linux的內(nèi)核模塊（概念）Linux內(nèi)核引入內(nèi)核模塊機(jī)制LKM--LoadableKernelModule通過動態(tài)加載內(nèi)核模塊，使得在運(yùn)行過程中擴(kuò)展內(nèi)核的功能不需要的時候，卸載該內(nèi)核模塊7Linux的內(nèi)核模塊（概念）內(nèi)核模塊是一種沒有經(jīng)過鏈接，不能獨(dú)立運(yùn)行的目標(biāo)文件，是在內(nèi)核空間中運(yùn)行的程序。經(jīng)過鏈接裝載到內(nèi)核里面成為內(nèi)核的一部分，可以訪問內(nèi)核的公用符號（函數(shù)和變量）。內(nèi)核模塊可以讓操作系統(tǒng)內(nèi)核在需要時載入和執(zhí)行，在不需要時由操作系統(tǒng)卸載。它們擴(kuò)展了操作系統(tǒng)內(nèi)核的功能卻不需要重新啟動系統(tǒng)。如果沒有內(nèi)核模塊，我們不得不一次又一次重新編譯生成單內(nèi)核操作系統(tǒng)的內(nèi)核鏡像來加入新的功能。這還意味著一個臃腫的內(nèi)核。8Linux的內(nèi)核模塊（圖）9Linux的內(nèi)核模塊（圖）1011Linux的內(nèi)核模塊（優(yōu)缺點(diǎn)）模塊機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)：減小內(nèi)核映像尺寸，增加系統(tǒng)靈活性；節(jié)省開發(fā)時間；修改內(nèi)核，不必重新編譯整個內(nèi)核。模塊的目標(biāo)代碼一旦被鏈入內(nèi)核，作用和靜態(tài)鏈接的內(nèi)核目標(biāo)代碼完全等價。模塊機(jī)制的缺點(diǎn)：對系統(tǒng)性能有一定損失；使用不當(dāng)時會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；12Linux的內(nèi)核模塊（相關(guān)命令）內(nèi)核模塊的加載

#insmodmodule_name內(nèi)核模塊的卸載當(dāng)我們不需要內(nèi)核模塊了,為了減少系統(tǒng)資源的開銷,需要卸載時使用命令#rmmodmodule_name或者#modprobe–rmodule_name查看系統(tǒng)已經(jīng)加載的模塊#lsmod查看系統(tǒng)已經(jīng)加載的模塊信息#modinfo132.內(nèi)核模塊舉例14內(nèi)核模塊實(shí)現(xiàn)的幾個步驟新建模塊目錄用編輯器(vi)編輯源文件用編輯器編輯Makefile編譯模塊15內(nèi)核模塊源代碼

//hello.c

#include<linux/init.h>

//formodule_init()#include<linux/module.h>

//mustbeinclude#include<linux/kernel.h>

//forprintk()

staticint

hello_init(void){printk(“Helloworld\n”);return0;}staticvoid

hello_exit(void){printk(“Hellomoduleexit\n”);}module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);MODULE_LICENSE(“GPL”);MODULE_AUTHOR(“rapide”);

內(nèi)核模塊說明說明:模塊入口函數(shù)為hello_init(),由module_init()宏指定,在模塊被加載的時候被調(diào)用向系統(tǒng)注冊入口函數(shù)的返回值為0表示成功,非0表示失敗模塊的退出函數(shù)為hello_exit(),由module_exit()宏指定,在模塊被卸載是被調(diào)用向系統(tǒng)注銷,主要來完成資源的清理工作,它被調(diào)用完畢后,就模塊就被內(nèi)核清除了一個模塊最少需要有入口和退出函數(shù)16內(nèi)核模塊說明說明:2.4內(nèi)核后，引入識別代碼是否在GPL許可下發(fā)布的機(jī)制。在使用非公開的源代碼產(chǎn)品時會得到警告。通過宏MODULE_LICENSE(“GPL”)，設(shè)置模塊遵守GPL證書，取消警告信息。宏MODULE_DESCRIPTION()用來描述模塊的用途。宏MODULE_AUTHOR()用來聲明模塊的作者。宏MODULE_SUPPORTED_DEVICE()聲明模塊支持的設(shè)備。這些宏都在頭文件linux/module.h定義。使用這些宏只是用來提供識別信息。17內(nèi)核模塊說明printk()函數(shù)printk函數(shù)在Linux內(nèi)核中定義并且對模塊可用，為內(nèi)核提供日志功能，記錄內(nèi)核信息或用來給出警告。與標(biāo)準(zhǔn)C庫函數(shù)printf的行為相似。每個printk()聲明都會帶一個優(yōu)先級。內(nèi)核總共定義了八個優(yōu)先級的宏，在linux/kernel.h中定義。若你不指明優(yōu)先級，DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL這個默認(rèn)優(yōu)先級將被采用。信息添加到文件/var/log/messages，可直接查看，或者用命令dmesg查看。在X－windows下的終端insmod一個模塊，日志信息只會記錄在日志文件中，而不在終端打印。18內(nèi)核模塊說明19寫內(nèi)核程序需要注意:

內(nèi)核模塊的makefileobj-m:=hello.oKERNELDIR:=/lib/modules/2.6.20/buildPWD:=$(shellpwd)

modules:

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

modules_install:

$(MAKE)-C$(KERNELDIR)M=$(PWD)modules_installclean:

rm-rf*.o*~core.depend.*.cmd*.ko*.mod.c.tmp_versions20內(nèi)核模塊的makefileMakefile說明:為2.6版本內(nèi)核構(gòu)造模塊首先需要有配置并構(gòu)建好的2.6內(nèi)核源代碼樹。而且最好運(yùn)行和模塊對應(yīng)的內(nèi)核。2.6內(nèi)核的模塊要和內(nèi)核源代碼樹中的目標(biāo)文件連接。2.6內(nèi)核的構(gòu)建系統(tǒng)Kbuild，使得內(nèi)核源碼外的內(nèi)核模塊編譯跟內(nèi)核編譯統(tǒng)一起來，無須手動給定這些參數(shù)。改變目錄到用-C選項(xiàng)提供的內(nèi)核源碼目錄，在那里找到內(nèi)核的頂層makefile。M=選項(xiàng)使makefile在試圖建立模塊目標(biāo)前,回到模塊源碼目錄。2122內(nèi)核模塊的編譯在hello模塊源文件所在目錄上#make得到hello.ko就是產(chǎn)生的內(nèi)核模塊23內(nèi)核模塊的加載

#insmodhello.ko24內(nèi)核模塊的卸載

#rmmodhello內(nèi)核模塊安裝時如何傳遞參數(shù)2526內(nèi)核模塊的參數(shù)內(nèi)核允許對模塊指定參數(shù)，這些參數(shù)可在裝載模塊時改變。在運(yùn)行insmod或者modprobe命令時給出參數(shù)的值。

insmodhello.kohowmany=10whom="Mom"如何定義實(shí)現(xiàn)模塊參數(shù)呢？要傳遞參數(shù)給模塊，首先將獲取參數(shù)值的變量聲明為全局變量。然后使用宏moudle_param來聲明

intmyint=3;

module_param(myint,int，0);27內(nèi)核模塊的參數(shù)module_param(name,type,perm); perm是一個權(quán)限值,控制誰可以存取模塊參數(shù)在sysfs中的表示。 perm被設(shè)為0,就根本沒有sysfs項(xiàng)這個宏定義應(yīng)當(dāng)放在任何函數(shù)之外,典型地是出現(xiàn)在源文件的前面。應(yīng)該總是為變量賦初值。28內(nèi)核模塊的參數(shù)宏MODULE_PARM_DESC()

用來注解該模塊可以接收的參數(shù)。該宏兩個參數(shù)：變量名和一個對該變量的描述。模塊可以用這樣的命令行加載：

./insmodmymodule.komyvariable=229內(nèi)核模塊的參數(shù)聲明一個數(shù)組參數(shù)：

module_param_array(name,type,num,perm);name數(shù)組的名子(也是參數(shù)名)type數(shù)組元素的類型num是數(shù)組元素的個數(shù),模塊加載者拒絕比數(shù)組能放下的多的值。2.6.9傳遞數(shù)組個數(shù)變量名，2.6.11傳遞數(shù)組個數(shù)變量的地址。perm是通常的權(quán)限值.如果數(shù)組參數(shù)在加載時設(shè)置。30內(nèi)核模塊的參數(shù)聲明一個數(shù)組參數(shù)：

module_param_array(name,type,num,perm);name數(shù)組的名子(也是參數(shù)名)type數(shù)組元素的類型num是數(shù)組元素的個數(shù),模塊加載者拒絕比數(shù)組能放下的多的值。2.6.9傳遞數(shù)組個數(shù)變量名，2.6.11傳遞數(shù)組個數(shù)變量的地址。perm是通常的權(quán)限值.如果數(shù)組參數(shù)在加載時設(shè)置。31內(nèi)核模塊的參數(shù)參數(shù)數(shù)組的定義：staticinttest[5]={1,2,3,4,5};staticintnum=5;module_param(num,int,0);module_param_ar