linux驅動程序開發詳細介紹

2020-07-10 11:56:10

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供稿：網友

前提，一般來說內核代碼的錯誤可能會引起一個用戶進程的死亡，或者整個系統的癱瘓，更嚴重的后果，可能導致磁盤損傷~因此建議最好有一臺實驗機進行系統的測試。
第一個內核模塊(Hello World模塊)

復制代碼

代碼如下:

View Code
#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
static __init int hello_init(void)
{
//printk函數在內核中定義對模塊可用，內核需要自已的打印涵數
//因為它靠自已運行，而沒有相應的庫函數。
//模塊能夠調用printk是因為insmod加載了之后，模塊被鏈接到內核
//因些可調用內核的公用符號，KERN_ALERT是消息的優先級
printk(KERN_ALERT"HELLO WORLD/n");
return 0;
}
static __exit void hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT"GoodBye/n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

在這個模塊中定義了兩個函數，一個在模塊加載到內核時調用（hello_init），另一個在從內核將模塊移出時調用(hello_exit);在上面的代碼中,module_init與module_exit是兩個內核宏定義，用于告訴內核從哪里啟動，從哪里退出，MODULE_LICENSE宏用于聲明模塊是遵守某個自由許可證的，否則內核加載時會出現警告。
好了，現在可以對上面這個程序進行相應的測試，在測試之前必須要編寫相應的Makefile文件，模塊的編譯與普通程序的編譯是不同的
Makefile文件

復制代碼

代碼如下:

View Code
#makefile for hello world
# KERNELRELEASE是在內核源碼中定義的第一個變量
ifneq ($(KERNELRELEASE),) #判斷變量是否為空（第一次執行時沒有定義）
#沒定義時執行else語句
obj-m := HelloWorld.o#表明有一個模塊要從目錄文件HelloWorld.o建立，建立之后將其
#命名為HelloWorld.ko
#如果有一個模塊名為module.ko,來自于兩個源文件，假設為file1.c與file2.c
#則應該這樣 obj-m := module.o
# module-objs:=file1.o file2.o
else
KDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
all:
#當make的目標為all時，-C $(KDIR)跳到內核源碼目錄下讀取Makefile
#M=$(PWD)表示返回當前目錄繼續讀取，執行當前的Makefile,當再次執行時
#$(KERNELRELEASE)已經定義，make將讀取else之前的內容
make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm -rf *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers
endif

相應的解釋如上
開如編譯內核：必須要是超級用戶
在當前路徑下輸入make
編譯完成后，輸入insmd HelloWorld.ko進行內核的加載,使用dmesg |tail可以查看內核的輸出信息。
移除內核采用rmmod HelloWorld 相應的使用dmesg|tail可以看到打印出GoodBye
Printk可能沒有輸出到屏幕上，這與KERN_ALERT的優先級有關，說明還不夠高，內核輸出的內容實際在/var/log/kern.log中，可以vim /var/log/kern.log查看。
內核模塊與應用程序的不同：
1：應用程序運行后就會處理相應的任務，而內核模塊注冊后是用來服務于將來請求，并且初始化函數加了__init之后，調用完后，內存空間立即釋放。
2：應用程序終止時可以不用負責回收資源，由操作系統來維護，但內核模塊在除時必須釋放資源。
3：應用程序可以調用相應的庫函數，而內核模塊能夠調用的則只要內核中輸入的那些函數。在內核模塊的編程中，源文件不應當包括通常的頭文件，但也有例外，如<stdarg.h>等少部分頭文件是僅有的例外。
4：錯誤的處理方式不同，在應用程序中段錯誤，可以由相應的調試程序進行檢查更改，但內核模塊中，段錯誤，如果不終止整個系統的話，就會終止當前進程。
用戶空間與內核空間：
應用程序在用戶空間運行，而內核模塊是在內核空間內運行的。每種模式都有它自已的內存映射，它自已的地址空間。
內核與當前進程的關系:
內核模塊做的大部份動作是代表一個特定進程的，內核代碼可以引用當前進程，通過存取全局項current,它在<asm/cuurent.h>定義：
#define current get_current()//通過這個宏定義可以獲取指向task_struct的任務指針
內核代碼可以通過current來使用進程特定的信息。
內核符號表：
內核模塊在加載時通過查找內核符號表來解決未定義的符號，內核符號表包涵了全局內核項的地址，當加載一個模塊時，模塊中輸出的符號也將成為內核符號表的一部分。
模塊的輸入符號通常采用以下兩種形式：
EXPORT_SYMBOL(name)
EXPORT_SYMBOL_GPL(name)
上面的宏定義中的任何一個使得給定的符號在模塊外使用，_GPL版本的宏定義只能使符號對_GPL許可的模塊可用。
版本依賴：
模塊代碼一定要為每個它要連接的內核版本重新編譯，在模塊編譯的過程中，其中一步是到當前的內核對讀取Makefile文件，在編譯的過程中會采用內核樹中的文件(vermagic.o)連接你的模塊，在這個文件里面有許多有關內核的信息，包括版本...
模塊參數：
模塊參數由insmod與modprobe在加載時指定。
對前面的HelloWorld.c進行修改如下：
在終端上輸入

復制代碼

代碼如下:

Make
Insmod HelloWorld.ko who=”test” num=10
Dmesg|tail -3

即可以看到。
聲明數組參數時采用module_param_array(name,type,num,perm)
Name是數組的名字，type是數組元素的類型，num是數組無數的個數，perm是權限
附:insmod
Insmod將內核模塊加載到內存中，它依賴一個在kernel/module.c中定義的系統調用，函數sys_init_module分配內核內存來存放模塊，它接著copy模塊的代碼段到這塊內存區，借助內核符號表來解決模塊中的內核引用，并且調用模塊的初始經函數來啟動所有的東西。
Modprobe工具也用來加載一個內核模塊到內存，與insmod不同的是，它會查看要加載的模塊，看看是否引用了當前內核沒有定義的符號。如要有，它會在當前搜索路徑下尋找其他模塊，看是否這個符號的定義，如果有，則將這個模塊也加載進內核。
Rmmod用來去除內核模塊，如果內核認為模塊還在使用，或者內核配置了不允許去除模塊，則模塊的卸載會失敗。
Lsmod例舉出當前系統中加載的所有模塊列表。
內核模塊編程中函數通常聲明為靜態的，是因為它們不會在文件之外可見。

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