一.前言
我們一起從3個小例子來體驗一下linux內核編程。如下:
1.內核編程之hello world
2.模塊參數傳遞
3.模塊間函數調用
二.准備工作
首先,在你的linux系統上面安裝linux頭文件,debian系列:
1 $:sudo apt-get install linux-headers-`uname -r`
安裝後,在你的/lib/modules/目錄下有你剛剛安裝的頭文件版本號對應的目錄。頭文件夾下面還有個build文件夾,裡面的Makefile文件是等會要編譯內核模塊用的。如圖,這是我機器上面的:
注意:安裝的頭文件版本一定要和你的系統版本一樣,不然你自己編寫的模塊不能插入到本機的內核。如果你apt-get安裝頭文件時,沒有對應的頭文件,或者你的源裡面放不穩定版本的源後,依然沒有對應的頭文件,你可以到這裡搜索需要的deb包來安裝。再或者下載跟本機對應的內核源碼來構建環境。
三.內核編程之hello world
我們先來了解下內核模塊文件的入口和出口。它由2個宏來注冊入口和出口,分別是:
1 module_init(x); 2 module_exit(x);
這2個宏在頭文件目錄的include/linux/module.h。宏裡面的x代表注冊到內核的入口和出口函數。通俗一點講就是模塊初始化和模塊卸載時調用的函數。
初始化函數的形式:int my_init(void);
退出函數的形式:void my_exit(void);
另外還有一些宏:
MODULE_LICENSE(_license):模塊的許可證。
MODULE_AUTHOR(_author):模塊的作者。
MODULE_VERSION(_version):模塊版本
MODULE_DESCRIPTION(_description):模塊的描述。
還有一些就不一一舉例了。
現在,我來看最簡單的hello world例子:
文件名:kernel_hello.c
1 #include <linux/init.h> 2 #include <linux/module.h> 3 #include <linux/kernel.h> 4 5 /* 以下4個宏分別是許可證,作者,模塊描述,模塊版本 */ 6 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); 7 MODULE_AUTHOR("yuuyuu"); 8 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello"); 9 MODULE_VERSION("1.0"); 10 11 /* 入口函數 */ 12 static int hello_init(void) 13 { 14 printk(KERN_ALERT "hello_init() start\n"); 15 16 return 0; 17 } 18 19 /* 退出函數 */ 20 static void hello_exit(void) 21 { 22 printk(KERN_ALERT "hello_exit() start\n"); 23 } 24 25 /* 注冊到內核 */ 26 module_init(hello_init); 27 module_exit(hello_exit);
上面的printk()函數時內核自己實現的輸出函數,KERN_ALERT時輸出信息的級別!
然後再寫一個很簡單的Makefile文件:
1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build 2 PWD := $(shell pwd) 3 4 obj-m := kernel_hello.o 5 6 default: 7 $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules
KERNAL_DIR:你剛剛安裝頭文件的目錄
PWD:代表當前你編寫模塊文件的目錄。
obj-m:模塊的依賴目標文件。另外,內核的Makefile文件:obj-m代表將目標文件編譯成模塊,obj-y代表編譯到內核,ojb-n代表不編譯。
-C:執行make的時候,把工作目錄切換到-C後面指定的參數目錄,這裡即頭文件目錄下的build目錄。
M:這個M時內核Makefile裡面的一個變量。作用時回到當前目錄繼續讀取Makefile,這裡的就是讀完build目錄下的Makefile之後再回到我們的這個目錄,讀取我們剛剛編寫的那個Makefile。
最後的modules是代表編譯模塊。
現在我們來編譯下,在我們編寫Makefile的目錄下執行make,會看到生成了模塊文件kernel_hello.ko
查看模塊信息:sudo modinfo kernel_hello.ko
可以看到剛剛那幾個宏插入的模塊信息。
現在我們一口氣執行4個動作:插入模塊,查看內核已插入的模塊,卸載模塊,查看dmesg信息:
可以看到,模塊在初始化和退出時都打印了函數裡面的信息。
四.模塊參數傳遞
模塊的參數傳遞也是一個宏,在頭文件目錄的include/linux/moduleparam.h:
1 module_param(name, type, perm)
name:模塊中的變量名,也是用戶可指定參數名。
type:byte,short,ushot,int,uint,long,ulong,charp,bool這些
perm:模塊的權限控制。跟linux文件權限控制一樣的。
文件名:kernel_hello_param.c
1 #include <linux/init.h> 2 #include <linux/module.h> 3 #include <linux/kernel.h> 4 5 /* 以下4個宏分別是許可證,作者,模塊描述,模塊版本 */ 6 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); 7 MODULE_AUTHOR("yuuyuu"); 8 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello"); 9 MODULE_VERSION("1.0"); 10 11 static char *msg; 12 module_param(msg, charp, 0644); 13 14 /* 入口函數 */ 15 static int hello_init(void) 16 { 17 printk(KERN_ALERT "hello_init() start\n"); 18 printk(KERN_ALERT "%s\n", msg); 19 20 return 0; 21 } 22 23 /* 退出函數 */ 24 static void hello_exit(void) 25 { 26 printk(KERN_ALERT "hello_exit() start\n"); 27 } 28 29 /* 注冊到內核 */ 30 module_init(hello_init); 31 module_exit(hello_exit);
比上一個文件,就增加了11,12,18行。注意第12行的charp,是內核的字符指針。
編譯後,傳參插入,dmesg查看信息:
插入的參數msg跟在模塊後面即可。
五.模塊間函數調用
模塊的函數導出到符號表才可以供其他函數使用,需要用到宏:
1 EXPORT_SYMBOL(sym)
該宏在include/linux/export.h裡面。
既然模塊間函數調用,我們要編寫2個模塊。
文件一:kernel_fun.h
1 #ifndef KERNEL_FUN_H 2 #define KERNEL_FUN_H 3 4 void fun(void); 5 6 #endif
文件二,要導出的模塊文件:kernel_fun.c
1 #include <linux/init.h> 2 #include <linux/module.h> 3 #include <linux/kernel.h> 4 #include <linux/export.h> 5 6 #include "kernel_fun.h" 7 8 /* 以下4個宏分別是許可證,作者,模塊描述,模塊版本 */ 9 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); 10 MODULE_AUTHOR("yuuyuu"); 11 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello"); 12 MODULE_VERSION("1.0"); 13 14 /* 入口函數 */ 15 static int fun_init(void) 16 { 17 printk(KERN_ALERT "fun_init() start\n"); 18 19 return 0; 20 } 21 22 void fun() 23 { 24 printk(KERN_ALERT "fun() is called\n"); 25 } 26 27 /* 退出函數 */ 28 static void fun_exit(void) 29 { 30 printk(KERN_ALERT "fun_exit() start\n"); 31 } 32 33 /* 注冊到內核 */ 34 module_init(fun_init); 35 module_exit(fun_exit); 36 37 /* 導出符號表 */ 38 EXPORT_SYMBOL(fun);
最後一行就是導出到符號表。
文件三,要調用模塊文件二的函數:kernel_mod.c
1 #include <linux/init.h> 2 #include <linux/module.h> 3 #include <linux/kernel.h> 4 #include <linux/export.h> 5 6 #include "kernel_fun.h" 7 8 /* 以下4個宏分別是許可證,作者,模塊描述,模塊版本 */ 9 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); 10 MODULE_AUTHOR("yuuyuu"); 11 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello"); 12 MODULE_VERSION("1.0"); 13 14 /* 入口函數 */ 15 static int mod_init(void) 16 { 17 printk(KERN_ALERT "mod_init() start\n"); 18 19 /* 調用fun */ 20 fun(); 21 return 0; 22 } 23 24 /* 退出函數 */ 25 static void mod_exit(void) 26 { 27 printk(KERN_ALERT "mod_exit() start\n"); 28 } 29 30 /* 注冊到內核 */ 31 module_init(mod_init); 32 module_exit(mod_exit);
第20行即是調用其他模塊的函數。
這裡要編譯2個模塊,對應的Makefile文件:
1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build 2 PWD := $(shell pwd) 3 4 obj-m := kernel_mod.o kernel_fun.o 5 6 default: 7 $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules
編譯好這2個模塊後,我們現在來驗證。注意,因為kernel_mod依賴kernel_fun,所以我要先插入kernel_fun模塊。
卸載模塊的時候,我們要先卸載kernel_mod,原因同上。
依次插入kernel_fun,查看它的符號表,然後插入kernel_mod,查看dmesg:
可以看到kernel_fun的fun()被kernle_mod調用了。