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深入浅出Linux设备驱动编程之内核模块


http://www.sina.com.cn 2006年10月18日 09:05 天极yesky

  作者:宋宝华

  Linux设备驱动属于内核的一部分,Linux内核的一个模块可以以两种方式被编译和加载:

  (1)直接编译进Linux内核,随同Linux启动时加载;

  (2)编译成一个可加载和删除的模块,使用insmod加载(modprobe和insmod命令类似,但依赖于相关的配置文件),rmmod删除。这种方式控制了内核的大小,而模块一旦被插入内核,它就和内核其他部分一样。

  下面我们给出一个内核模块的例子:

#include <linux/module.h> //所有模块都需要的头文件
#include <linux/init.h> // init&exit相关宏
MODULE_LICENSE("GPL");
static int __init hello_init (void)
{
 printk("Hello module init\n");
 return 0;
}

static void __exit hello_exit (void)
{
 printk("Hello module exit\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

  分析上述程序,发现一个Linux内核模块需包含模块初始化和模块卸载函数,前者在insmod的时候运行,后者在rmmod的时候运行。初始化与卸载函数必须在宏module_init和module_exit使用前定义,否则会出现编译错误。

  程序中的MODULE_LICENSE("GPL")用于声明模块的许可证。
    
  如果要把上述程序编译为一个运行时加载和删除的模块,则编译命令为:

gcc -D__KERNEL__ -DMODULE -DLINUX -I /usr/local/src/linux2.4/include -c -o hello.o hello.c

  由此可见,Linux内核模块的编译需要给gcc指示-D__KERNEL__ -DMODULE -DLINUX参数。-I选项跟着Linux内核源代码中Include目录的路径。

  下列命令将可加载hello模块:

insmod ./hello.o

  下列命令完成相反过程:

rmmod hello

  如果要将其直接编译入Linux内核,则需要将源代码文件拷贝入Linux内核源代码的相应路径里,并修改Makefile。
我们有必要补充一下Linux内核编程的一些基本知识:

  内存

  在Linux内核模式下,我们不能使用用户态的malloc()和free()函数申请和释放内存。进行内核编程时,最常用的内存申请和释放函数为在include/linux/kernel.h文件中声明的kmalloc()和kfree(),其原型为:

void *kmalloc(unsigned int len, int priority);
void kfree(void *__ptr);

  kmalloc的priority参数通常设置为GFP_KERNEL,如果在中断服务程序里申请内存则要用GFP_ATOMIC参数,因为使用GFP_KERNEL参数可能会引起睡眠,不能用于非进程上下文中(在中断中是不允许睡眠的)。

  由于内核态和用户态使用不同的内存定义,所以二者之间不能直接访问对方的内存。而应该使用Linux中的用户和内核态内存交互函数(这些函数在include/asm/uaccess.h中被声明):

unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long n);
unsigned long copy_to_user (void * to, void * from, unsigned long len);

  copy_from_user、copy_to_user函数返回不能被复制的字节数,因此,如果完全复制成功,返回值为0。

  include/asm/uaccess.h中定义的put_user和get_user用于内核空间和用户空间的单值交互(如char、int、long)。

  这里给出的仅仅是关于内核中内存管理的皮毛,关于Linux内存管理的更多细节知识,我们会在本文第9节《内存与I/O操作》进行更加深入地介绍。

  输出
 
  在内核编程中,我们不能使用用户态C库函数中的printf()函数输出信息,而只能使用printk()。但是,内核中printk()函数的设计目的并不是为了和用户交流,它实际上是内核的一种日志机制,用来记录下日志信息或者给出警告提示。

  每个printk都会有个优先级,内核一共有8个优先级,它们都有对应的宏定义。如果未指定优先级,内核会选择默认的优先级DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL。如果优先级数字比int console_loglevel变量小的话,消息就会打印到控制台上。如果syslogd和klogd守护进程在运行的话,则不管是否向控制台输出,消息都会被追加进/var/log/messages文件。klogd 只处理内核消息,syslogd 处理其他系统消息,比如应用程序。

  模块参数

  2.4内核下,include/linux/module.h中定义的宏MODULE_PARM(var,type) 用于向模块传递命令行参数。var为接受参数值的变量名,type为采取如下格式的字符串[min[-max]]{b,h,i,l,s}。min及max用于表示当参数为数组类型时,允许输入的数组元素的个数范围;b:byte;h:short;i:int;l:long;s:string。

  在装载内核模块时,用户可以向模块传递一些参数:

insmod modname var=value

  如果用户未指定参数,var将使用模块内定义的缺省值。

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