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[操作系统]初探linux内核编程,参数传递以及模块间函数调用


一.前言                                 

我们一起从3个小例子来体验一下linux内核编程。如下:

1.内核编程之hello world

2.模块参数传递

3.模块间函数调用

二.准备工作                          

首先,在你的linux系统上面安装linux头文件,debian系列:

1 $:sudo apt-get install linux-headers-`uname -r`

安装后,在你的/lib/modules/目录下有你刚刚安装的头文件版本号对应的目录。头文件夹下面还有个build文件夹,里面的Makefile文件是等会要编译内核模块用的。如图,这是我机器上面的:

注意:安装的头文件版本一定要和你的系统版本一样,不然你自己编写的模块不能插入到本机的内核。如果你apt-get安装头文件时,没有对应的头文件,或者你的源里面放不稳定版本的源后,依然没有对应的头文件,你可以到这里搜索需要的deb包来安装。再或者下载跟本机对应的内核源码来构建环境。

三.内核编程之hello world    

我们先来了解下内核模块文件的入口和出口。它由2个宏来注册入口和出口,分别是:

1 module_init(x);2 module_exit(x);

这2个宏在头文件目录的include/linux/module.h。宏里面的x代表注册到内核的入口和出口函数。通俗一点讲就是模块初始化和模块卸载时调用的函数。

初始化函数的形式:int my_init(void);

退出函数的形式:void my_exit(void);

另外还有一些宏:

MODULE_LICENSE(_license):模块的许可证。

MODULE_AUTHOR(_author):模块的作者。

MODULE_VERSION(_version):模块版本

MODULE_DESCRIPTION(_description):模块的描述。

还有一些就不一一举例了。

现在,我来看最简单的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个宏分别是许可证,作者,模块描述,模块版本 */ 6 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); 7 MODULE_AUTHOR("yuuyuu"); 8 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello"); 9 MODULE_VERSION("1.0");10 11 /* 入口函数 */12 static int hello_init(void)13 {14   printk(KERN_ALERT "hello_init() start\n");15 16   return 0;17 }18 19 /* 退出函数 */20 static void hello_exit(void)21 {22   printk(KERN_ALERT "hello_exit() start\n");23 }24 25 /* 注册到内核 */26 module_init(hello_init);27 module_exit(hello_exit);

上面的printk()函数时内核自己实现的输出函数,KERN_ALERT时输出信息的级别!

然后再写一个很简单的Makefile文件:

1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build2 PWD := $(shell pwd)3 4 obj-m := kernel_hello.o5 6 default:7   $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules

KERNAL_DIR:你刚刚安装头文件的目录

PWD:代表当前你编写模块文件的目录。

obj-m:模块的依赖目标文件。另外,内核的Makefile文件:obj-m代表将目标文件编译成模块,obj-y代表编译到内核,ojb-n代表不编译。

-C:执行make的时候,把工作目录切换到-C后面指定的参数目录,这里即头文件目录下的build目录。

M:这个M时内核Makefile里面的一个变量。作用时回到当前目录继续读取Makefile,这里的就是读完build目录下的Makefile之后再回到我们的这个目录,

       读取我们刚刚编写的那个Makefile。

最后的modules是代表编译模块。

现在我们来编译下,在我们编写Makefile的目录下执行make,会看到生成了模块文件kernel_hello.ko

 

查看模块信息:sudo modinfo kernel_hello.ko

可以看到刚刚那几个宏插入的模块信息。

 现在我们一口气执行4个动作:插入模块,查看内核已插入的模块,卸载模块,查看dmesg信息:

可以看到,模块在初始化和退出时都打印了函数里面的信息。

 

四.模块参数传递                    

模块的参数传递也是一个宏,在头文件目录的include/linux/moduleparam.h:

1 module_param(name, type, perm)

name:模块中的变量名,也是用户可指定参数名。

type:byte,short,ushot,int,uint,long,ulong,charp,bool这些

perm:模块的权限控制。跟linux文件权限控制一样的。

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个宏分别是许可证,作者,模块描述,模块版本 */ 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 /* 入口函数 */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 /* 退出函数 */24 static void hello_exit(void)25 {26   printk(KERN_ALERT "hello_exit() start\n");27 }28 29 /* 注册到内核 */30 module_init(hello_init);31 module_exit(hello_exit);

比上一个文件,就增加了11,12,18行。注意第12行的charp,是内核的字符指针。

编译后,传参插入,dmesg查看信息:

插入的参数msg跟在模块后面即可。

 

五.模块间函数调用                

模块的函数导出到符号表才可以供其他函数使用,需要用到宏:

1 EXPORT_SYMBOL(sym)

该宏在include/linux/export.h里面。

既然模块间函数调用,我们要编写2个模块。

文件一:kernel_fun.h

1 #ifndef KERNEL_FUN_H2 #define KERNEL_FUN_H3 4 void fun(void);5 6 #endif

文件二,要导出的模块文件: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个宏分别是许可证,作者,模块描述,模块版本 */ 9 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");10 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");11 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");12 MODULE_VERSION("1.0");13 14 /* 入口函数 */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 /* 退出函数 */28 static void fun_exit(void)29 {30   printk(KERN_ALERT "fun_exit() start\n");31 }32 33 /* 注册到内核 */34 module_init(fun_init);35 module_exit(fun_exit);36 37 /* 导出符号表 */38 EXPORT_SYMBOL(fun);

最后一行就是导出到符号表。

 

文件三,要调用模块文件二的函数: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个宏分别是许可证,作者,模块描述,模块版本 */ 9 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");10 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");11 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");12 MODULE_VERSION("1.0");13 14 /* 入口函数 */15 static int mod_init(void)16 {17   printk(KERN_ALERT "mod_init() start\n");18 19   /* 调用fun */20   fun();21   return 0;22 }23 24 /* 退出函数 */25 static void mod_exit(void)26 {27   printk(KERN_ALERT "mod_exit() start\n");28 }29 30 /* 注册到内核 */31 module_init(mod_init);32 module_exit(mod_exit);

第20行即是调用其他模块的函数。

 

这里要编译2个模块,对应的Makefile文件:

1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build2 PWD := $(shell pwd)3 4 obj-m := kernel_mod.o kernel_fun.o5 6 default:7   $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules

 

编译好这2个模块后,我们现在来验证。注意,因为kernel_mod依赖kernel_fun,所以我要先插入kernel_fun模块。

卸载模块的时候,我们要先卸载kernel_mod,原因同上。

依次插入kernel_fun,查看它的符号表,然后插入kernel_mod,查看dmesg:

可以看到kernel_fun的fun()被kernle_mod调用了。