linux 第一个内核模块Hello World

 

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。

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。

 

应用程序与内核模块的比较
为了加深对内核模块的了解，表一给出应用程序与内核模块程序的比较。
表一 应用程序与内核模块程序的比较

	C语言应用程序	内核模块程序
使用函数	Libc库	内核函数
运行空间	用户空间	内核空间
运行权限	普通用户	超级用户
入口函数	main()	module_init()
出口函数	exit()	module_exit()
编译	Gcc –c	Makefile
连接	Gcc	insmod
运行	直接运行	insmod
调试	Gdb	kdbug, kdb,kgdb等

从表一我们可以看出，内核模块程序不能调用libc库中的函数，它运行在内核空间，且只有超级用户可以对其运行。另外，模块程序必须通过module_init()和module-exit()函数来告诉内核“我来了”和“我走了”。

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Ubuntu 9.10  内核2.6.31-14-generic

 

1．程序举例

 

#include<linux/module.h>  
#include<linux/kernel.h>  
#include<linux/init.h>  
MODULE_LICENSE("GPL");  
static int __init lkp_init(void)  
{  
    printk(KERN_ALERT "Hello World!/n");  
    return 0;  
}  
static void __exit lkp_cleanup(void)  
{  
    printk(KERN_ALERT "Bye World!/n");  
}  
module_init(lkp_init);  
module_exit(lkp_cleanup);  
MODULE_AUTHOR("heyutao");  
MODULE_DESCRIPTION("hello");

 

 

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。
lkp_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。
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。
lkp_cleanup是模块的退出和清理函数。此处可以做所有终止该驱动程序时相关的清理工作。
module_init()和cleanup_exit()是模块编程中最基本也是必须的两个函数。
module_init()是驱动程序初始化的入口点。而cleanup_exit()注销由模块提供的所有功能。


2  编写Makefile 文件，与hello.c 放在同一个目录里

 

obj-m := hello.o
KERNELBUILD :=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
default:
    make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules
clean:
    rm -rf *.o *.ko *.mod.c .*.cmd *.markers *.order *.symvers .tmp_versions

 

 

(注意makefile里面要求的tab）

KERNELBUILD :=/lib/modules/$(shell uname -r)/build是编译内核模块需要的Makefile的路径，Ubuntu下是

/lib/modules/2.6.31-14-generic/build

make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules 编译内核模块。－C 将工作目录转到KERNELBUILD，调用该目录下的Makefile，并向这个Makefile传递参数M的值是$(shell pwd) modules。

3. 编译模块

#sudo make    （调用第一个命令default）

这时，在hello.c 所在文件夹就会有 hello.ko ，这个就是我们需要的内核模块啦

#sudo make clean

清理编译垃圾，hello.ko 也会清理掉。

4. 插入模块，让其工作。注意必须是root权限

#sudo insmod ./hello.ko
我们用dmesg 就可以看到 产生的内核信息啦，Hello world!

如果没有输出"hello from hello world"，因为如果你在字符终端而不是终端模拟器下运行的话，就会输出，因为在终端模拟器下时会把内核消息输出到日志文件/var/log/kern.log中。

#sudo rmmod ./hello
再用dmesg 可以看到 Bye world!

modutils是管理内核模块的一个软件包。可以在任何获得内核源代码的地方获取Modutils(modutils-x.y.z.tar.gz)源代码，然后选择最高级别的patch.x.y.z等于或小于当前的内核版本，安装后在/sbin目录下就会有insomod、rmmod、ksyms、lsmod、modprobe等实用程序。当然，通常我们在加载Linux内核时，modutils已经被载入。
1．Insmod命令
调用insmod程序把需要插入的模块以目标代码的形式插入到内核中。在插入的时候，insmod自动调用init_module()函数运行。注意，只有超级用户才能使用这个命令，其命令格式为：
# insmod  [path] modulename.ko
2. rmmod命令
调用rmmod程序将已经插入内核的模块从内核中移出，rmmod会自动运行cleanup_module()函数，其命令格式为：
#rmmod  [path] modulename.ko
3．lsmod命令
调用lsmod程序将显示当前系统中正在使用的模块信息。实际上这个程序的功能就是读取/proc文件系统中的文件/proc/modules中的信息，其命令格式为：
#lsmod
4．ksyms命令

ksyms这个程序用来显示内核符号和模块符号表的信息。与lsmod相似，它的功能是读取/proc文件系统中的另一个文件/proc/kallsyms。

这就是在2.6.xx下一个最简单的模块编写过程。