【华为云技术分享】Linux内核编程环境 (2)

一、LKM内核模块

LKM是Loadable Kernel Module的缩写，意思是可加载内核模块。它有点儿像动态链接库，可在运行时加载，成为内核代码和数据的一部分，访问全部内核地址空间，也可运行时动态卸载（需要解决依赖关系，并释放内存空间）,所谓的更新就是加载→卸载→加载的过程。LKM是大部分设备驱动、文件系统的存在形式。

为了编写内核模块，我们需要准备好编写的环境。首先，要指定内核源码或源码的头文件（即本模块是为哪个内核版本编写的），然后可以用VIM等编辑器编写，最后可以用gcc编译。

下图展示了一个简单的内核模块的示例代码：

在示例代码中我们可以看到两个重要的宏：moduleinit和moduleexit。这两个宏包含在init.h头文件中，规定了模块的入口和出口函数。而MODULELICENSE、MODULEAUTHOR和MODULE_DESCRIPTION三个函数则被包含在module.h头文件中[4]。

为了将这个模块的源码编译成可动态加载的内核模块，我们还需要修改Makefile：

注意，运行模块代码有两种方式，第一种方法是静态编译连接进内核，在系统启动过程中进行初始化；第二种方法是编译成可动态加载的module，通过insmod动态加载重定位到内核。这两种方式可以在Makefile中通过obj-y或obj-m选项进行选择[1]。使用obj –m选项编译之后会生成.ko文件，可通过insmod将模块动态加载到内核中。

采用动态加载的方式有两个优点，一是可根据系统需要运行动态加载模块，以扩充内核功能，不需要时将其卸载，以释放内存空间；二是当需要修改内核功能时，只需编译相应模块，而不必重新编译整个内核[1]。

有五个与动态加载内核模块有关的命令[2]：

1.insmod：向Linux内核中插入一个模块；

2.rmmod：卸载内核中的模块；

3.lsmod：显示内核中的模块 ；

4.modprobe:可载入指定的个别模块，或是载入一组相依的模块。modprobe会根据depmod所产生的相依关系，决定要载入哪些模块。若在载入过程中发生错误，在modprobe会卸载整组的模块[3]。

5.modinfo:显示kernel模块的对象文件，以显示该模块的相关信息。

有时侯一个模块可能要调用其他模块中的函数，如果内核模块要引用内核代码中的符号则要通过内核符号表。内核符号表记录了内核中所有的符号（函数、全局变量等）的地址以及名字，在内核代码中通过printk("%pS\n",addr)可以打印符号名[5]。使用EXPORTSYMBOL可以将一个函数或全局变量以符号的方式导出给其他模块使用，在使用时应先在被调用函数之后用EXPORTSYMBOL(函数名)将函数导出，然后在调用该函数的模块中用extern关键字引用该函数。在加载模块时应注意顺序，首先加载定义该函数的模块，然后加载调用该函数的模块[6]。内核启动后生成/proc/kallsyms，它包含了内核中的函数符号和全局变量。

二、结语

本期通过一个实例介绍如何编写和编译一个新的内核模块，下一期我们将对Linux各版本进行对比分析。

参考文献

[1]https://blog.csdn.net/yanxuan321/article/details/86606329

[2]https://blog.csdn.net/CPU1994GHz/article/details/79309221?utm_source=blogxgwz3

[3]https://baike.baidu.com/item/modprobe/7939608?fr=aladdin

[4]https://www.xuebuyuan.com/3181553.html

[5]https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/6297679.html

[6]https://www.cnblogs.com/Caden-liu8888/p/7725293.html