编写内核模块

　　内核模块是Linux内核向外部提供的一个插口，其全称为动态可加载内核模块（Loadable Kernel Module，LKM），我们简称为模块。Linux内核之所以提供模块机制，是因为它本身是一个单内核（monolithic kernel）。单内核的最大优点是效率高，因为所有的内容都集成在一起，但其缺点是可扩展性和可维护性相对较差，模块机制就是为了弥补这一缺陷。很多驱动程序都以模块的形式存在，用户可以有选择的加载需要的驱动程序。

 

一、 什么是模块

　　模块是具有独立功能的程序，它可以被单独编译，但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行，这与运行在用户空间的进程是不同的。模块通常由一组函数和数据结构组成，用来实现一种文件系统、一个驱动程序或其他内核上层的功能。

 

二、 编写一个简单的模块

　　模块和内核都在内核空间运行，模块编程在一定意义上说就是内核编程。因为内核版本的每次变化，其中的某些函数名也会相应地发生变化，因此模块编程与内核版本密切相关。以下例子针对2.6内核：

　　tasklet.c文件

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/interrupt.h>  

static struct tasklet_struct my_tasklet;  

static void tasklet_handler (unsigned long data)
{
        printk(KERN_ALERT "tasklet_handler is running.\n");
}  

static int __init test_init(void)
{
        tasklet_init(&my_tasklet, tasklet_handler, 0);
        tasklet_schedule(&my_tasklet);
        return 0;
}  

static void __exit test_exit(void)
{
        tasklet_kill(&my_tasklet);
        printk(KERN_ALERT "test_exit running.\n");
}
MODULE_LICENSE("GPL");  

module_init(test_init);
module_exit(test_exit);

　　1.头文件说明：所有模块都要使用头文件module.h，此文件必须包含进来；头文件kernel.h包含了常用的内核函数；头文件init.h包含了宏_init和_exit，它们允许释放内核占用的内存。interrupt.h文件时编写tasklet（关于tasklet的说明可以参考linux中断与异常）必须要用的头文件。

　　2.test_init是模块的初始化函数，它必需包含诸如要编译的代码、初始化数据结构等内容，其中的tasklet_init初始化我们自己创建的tasklet，tasklet_schedule函数则是将我们初始化后的tasklet挂到tasklet链表中，并激活软中断来执行我们的tasklet。

　　3.test_exit是模块的退出和清理函数。此处可以做所有终止该内核模块时相关的清理工作。

　　4.函数module_init()和module_exit()是模块编程中最基本也是必须的两个函数。module_init()向内核注册模块，并调用注册做模块的初始化工作的函数，而module_exit()注销模块并注册模块注销时执行的清理函数。

　　5.第10行使用了printk()函数，该函数是由内核定义的，功能与C库中的printf()类似，它把要打印的信息输出到终端或系统日志。字符串前面的KERN_ALERT是输出的级别，表示立即在终端输出，可以调用dmesg命令来查看输出。

　　有了上面的各个组成，一个模块就算编写好了。

 

三、 编译模块

　　编译模块不想编译普通的c文件，直接敲几个命令就可以了，编译模块必须用Makefile文件，而且Makefile文件必须按一定的规则编写，这个和平时编写的Makefile文件不一样。编写内核模块的Makefile文件内容几乎相同的。下面是模版：

obj-m += tasklet.o        # 产生tasklet 模块的目标文件
CURRENT_PATH := $(shell pwd)   #模块所在的当前路径
LINUX_KERNEL := $(shell uname -r)    #Linux内核源代码的当前版本
LINUX_KERNEL_PATH := /usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL) #Linux内核源代码的绝对路径
all:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules   #编译模块了
clean:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean    #清理

　　除了第一行要把tasklet换成编写的目标模块的.c文件名外，其它都是一样的。

　　一切都准备好之后，直接make一下就ok了。

 

四、 运行模块

　　运行模块也不能像运行普通程序一样，直接./tasklet来运行，必须通过专门的命令来运行。

　　使用$insmod tasklet.ko命令直接将我们的模块插入到内核中，模块被插入内核时就会调用我们注册的初始化函数test_init，用dmesg命令查看输出，可以看到tasklet_handler is running.消息被打印了。

　　使用$lsmod命令来查看系统中的模块：

　　使用$rmmod tasklet来卸载模块，卸载模块的同时会执行注册函数test_exit，用dmesg可以查看打印消息。