Linux内核模块讲解

Linux系统的Makefile、Kconfig和模块1Makefile1.1Makefile组织层次Linux的Make体系由如下几部分组成：Ø顶层Makefile顶层Makefile通过读取配置文件，递归编译内核代码树的相关目录，从而产生两个重要的目标文件：vmlinux和模块。

Ø内核相关Makefile位于arch/$(ARCH) 目录下，为顶层Makefile提供与具体硬件体系结构相关的信息。

Ø公共编译规则定义文件。

包括Makefile.build 、Makefile.clean、Makefile.lib、Makefile.host等文件组成。

这些文件位于scripts目录中，定义了编译需要的公共的规则和定义。

Ø内核配置文件 .config通过调用make menuconfig或者make xconfig命令，用户可以选择需要的配置来生成期望的目标文件。

Ø其他Makefile主要为整个Makefile体系提供各自模块的目标文件定义，上层Makefile根据它所定义的目标来完成各自模块的编译。

1.2Makefile的使用在编译内核之前，用户必须首先完成必要的配置。

Linux内核提供了数不胜数的功能，支持众多的硬件体系结构，这就需要用户对将要生成的内核进行裁减。

内核提供了多种不同的工具来简化内核的配置。

make config，字符界面下命令行工具，这个工具会依次遍历内核所有的配置项，要求用户进行逐项的选择配置。

这个工具会耗费用户太多时间，除非万不得以（你的编译主机不支持其他配置工具）一般不建议使用。

make menuconfig，基于ncurse库编制的图形界面工具，一般台式机使用该工具。

make xconfig，基于X11的图形配置工具，一般用于工作站环境。

当用户完成配置后，配置工具会自动生成.config文件，它被保存在内核代码树的根目录下。

Linux设备驱动程序原理及框架-内核模块入门篇内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块内核模块介绍Linux采用的是整体式的内核结构，这种结构采用的是整体式的内核结构，采用的是整体式的内核结构的内核一般不能动态的增加新的功能。

为此，的内核一般不能动态的增加新的功能。

为此，Linux提供了一种全新的机制，叫(可安装) 提供了一种全新的机制，可安装) 提供了一种全新的机制模块” )。

利用这个机制“模块”(module)。

利用这个机制，可以)。

利用这个机制，根据需要，根据需要，在不必对内核重新编译链接的条件将可安装模块动态的插入运行中的内核，下，将可安装模块动态的插入运行中的内核，成为内核的一个有机组成部分；成为内核的一个有机组成部分；或者从内核移走已经安装的模块。

正是这种机制，走已经安装的模块。

正是这种机制，使得内核的内存映像保持最小，的内存映像保持最小，但却具有很大的灵活性和可扩充性。

和可扩充性。

内核模块内核模块介绍可安装模块是可以在系统运行时动态地安装和卸载的内核软件。

严格来说，卸载的内核软件。

严格来说，这种软件的作用并不限于设备驱动，并不限于设备驱动，例如有些文件系统就是以可安装模块的形式实现的。

但是，另一方面，可安装模块的形式实现的。

但是，另一方面，它主要用来实现设备驱动程序或者与设备驱动密切相关的部分(如文件系统等)。

密切相关的部分(如文件系统等)。

课程内容内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块应用层加载模块操作过程内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，并且创建好该系统中的硬件设备的列表树：文件系统。

且创建好该系统中的硬件设备的列表树：/sys 文件系统。

(udev 服务就是通过读取该文件系统内容来创建必要的设备文件的。

)。

linux module的用法
Linux模块是一种可以动态加载到Linux内核中以扩展其功能的软件组件。

它们通常用于添加新的驱动程序、文件系统或其他内核功能。

下面我将从多个角度来介绍Linux模块的用法。

首先，要编写一个Linux模块，你需要具备一定的C语言编程知识。

一个基本的Linux模块包括初始化函数和清理函数。

初始化函数在模块加载时被调用，而清理函数在模块被卸载时被调用。

你需要使用特定的宏和数据结构来定义模块的初始化和清理函数，以及模块的许可证和作者信息。

其次，编译模块需要使用Linux内核源代码中的构建系统。

你需要确保已经安装了正确版本的内核头文件和构建工具。

然后，你可以编写一个Makefile来编译你的模块。

在Makefile中，你需要指定内核源代码的路径，并使用特定的命令来编译模块。

一旦你编译好了你的模块，你可以使用insmod命令将其加载到内核中。

加载模块后，你可以使用lsmod命令来查看已加载的模块列表。

你还可以使用modinfo命令来查看模块的信息，包括作者、描述和许可证等。

当你不再需要模块时，你可以使用rmmod命令将其从内核中卸载。

卸载模块后，你可以使用dmesg命令来查看内核日志，以确保
模块已经成功卸载。

总的来说，Linux模块的用法涉及到编写模块代码、编译模块、加载模块以及卸载模块等步骤。

掌握了这些基本的用法，你就可以
开始开发自己的Linux内核模块了。

希望这些信息能够帮助你更好
地理解Linux模块的用法。

⼯作模式⼯作性质层次权限影响竞态运⾏⽅式应⽤程序USR 模式策略性⽤户层低局部局部主动内核模块SVC 模式功能性内核层⾼全局全局被挡Linux 内核模块1、什么是内核模块？内核模块是Linux 提供的⼀种机制，允许在内核运⾏时动态加载进内核中，具有两个特点： 1）内核模块本⾝不编译⼊内核映像，有效控制缩减内核镜像⼤⼩ 2）内核模块⼀旦被加载，他就和内核中的其他部分完全⼀样2、为什么需要内核模块？如果在内核编译时把所有的功能都编译进去，就会导致内核很⼤，⽽且要往内核中添加或删除功能时必须重新编译内核⽐如在Ubuntu 在通⽤PC 平台上，预先⽆法知道需要什么设备，就不知道预先编译什么驱动。

3、内核模块和应⽤程序的区别4、内核模块的基本构成|——两个函数（⼀般需要）| |——模块初始化（加载）函数：当内核模块加载进内核的时候，做⼀些准备⼯作| |——模块卸载函数：回收、清理资源||——授权（许可证声明）（必须）：Linux 内核受GPL （General Public License ）授权约束|——模块参数（可选）：模块被加载时可以被传递给它的值，本⾝对应模块内的全局变量|——模块导出符号（可选）|——模块信息说明（可选）5、模块加载（初始化）函数⼀般以 __init 标识声明函数命名规则 xxx_init xxx 设备名 init 功能名（初始化）函数形式：static ini __init xxx_init(void ){/* 初始化代码* 返回值： 成功：0 失败：负数，绝对值是错误码* 应⽤层得到的返回值是-1，错误码保存到errno （每个进程有⼀个）； 标准化errno.h 已经明确定义linux/errno.h */}注册⽅式： module_init(x); x 为模块初始化函数的⾸地址 6、模块卸载函数⼀般以 __exit 标识声明函数命名规则 xxx_exit xxx 设备名 exit 功能名（卸载）static ini __exit xxx_exit(void ){/* 释放代码 */}注册⽅式： module_exit(x); x为模块卸载函数的⾸地址7、模块许可证声明MODULE_LICENSE(_license) //_license就是授权名称的字符串//"GPL" [GNU Public License v2 or later]//"GPL v2" [GNU Public License v2]//"GPL and additional rights" [GNU Public License v2 rights and more]//"Dual BSD/GPL" [GNU Public License v2 or BSD license choice]//"Dual MIT/GPL" [GNU Public License v2 or MIT license choice]//"Dual MPL/GPL" [GNU Public License v2 or Mozilla license choice]8、模块声明与描述在Linux内核模块中，我们可以⽤MODULE_AUTHOR、MODULE_DESCRIPTION、MODULE_VERSION、MODULE_DEVICE_TABLE、MODULE_ALIAS分别来声明模块的作者、描述、版本、设备表和别名，例如：MODULE_AUTHOR(author);MODULE_DESCRIPTION(description);MODULE_VERSION(version_string);MODULE_DEVICE_TABLE(table_info);MODULE_ALIAS(alternate_name);对于USB、PCI等设备驱动，通常会创建⼀个MODULE_DEVICE_TABLE，表明该驱动模块⽀持的设备，如：/* 对应此驱动的设备列表 */static struct usb_device_id skel_table [ ] = {{USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID, USB_SKEL_PRODUCT_ID) }, { } /* 表结束 */}};MODULE_DEVICE_TABLE (usb, skel_table);9、模块参数：在加载模块时，可以给模块传参头⽂件 linux/moduleparam.hA、传递普通变量module_param(name, type, perm);声明内核模块参数/*name - 接收参数的变量名type - 变量类型 Standard types are: byte, short, ushort, int, uint, long, ulong charp: a character pointer bool: a bool, values 0/1, y/n, Y/N. invbool: the above, only sense-reversed (N = true)perm - 权限 头⽂件 linux/stat.h #define S_IRWXUGO (S_IRWXU|S_IRWXG|S_IRWXO) #define S_IALLUGO (S_ISUID|S_ISGID|S_ISVTX|S_IRWXUGO) #define S_IRUGO (S_IRUSR|S_IRGRP|S_IROTH) #define S_IWUGO (S_IWUSR|S_IWGRP|S_IWOTH) #define S_IXUGO (S_IXUSR|S_IXGRP|S_IXOTH)*/范例：int i = 0;module_param(i, int, 0644);运⾏：# insmod xxx.ko i=10B、传递数组参数module_param_array(name, type, nump, perm)/*声明内核模块数组参数name - 数组名type - 数组成员类型nump – ⼀个指向保存数组长度的整型变量的指针perm - 权限*/范例：int arr[] = {1,2,3,4,5,6};int len=0;module_param(arr, int, &len, 0644);运⾏：# insmod xxx.ko arr=1,2,3,4,5C、传递字符串参数module_param_string(name, string, len, perm)/*声明内核模块字符串参数name - 字符串缓存的外部名（传⼊变量名）string - 字符串缓存的内部名nump - 数组的数量perm - 权限*/范例：char insidestr[] = "hello world";module_param(extstr, insidestr, szieof(insidestr), 0644);运⾏：# insmod xxx.ko extstr="hello"10、编译内核模块如果⼀个内核模块要加载到某个内核中运⾏，则这个模块必须使⽤编译该内核镜像的源码进⾏编译，否则运⾏时会出错A、头⽂件（语法问题）B、编译结果（最主要影响）编译时符号表（只在编译时使⽤）运⾏时内核符号表# cat /proc/kallsyms 运⾏时内核符号表C、编译系统⽰例Makefile：# 内核模块的Makefile（模块源码在内核源码外，且内核先编译）# 1、找内核的Makefile# 2、内核的Makefile找内核模块的Makeifle内核模块的Makeifle定义要编译对象ifneq ($(KERNELRELEASE),)#要编译对象表⽰把demo.c编译成demo.ko obj-m = demo.oelse#内核源码⽬录KERNELDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/buildPWD := $(shell pwd)modules: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesendifclean: rm -rf .tmp_versions Module.symvers modules.order .tmp_versions .*.cmd *.o *.ko *.mod.cKERNELRELEASE 是在内核源码的顶层Makefile中定义的⼀个变量，在第⼀次读取执⾏此Makefile时，KERNELRELEASE没有被定义，所以make将读取执⾏else之后的内容。

什么是Linux内核 Linux内核体系结构前言本文主要讲解什么是Linux内核，以及通过多张图片展示Linux内核的作用与功能，以便于读者能快速理解什么是Linux内核，能看懂Linux内核。

拥有超过1300万行的代码，Linux内核是世界上最大的开源项目之一，但是内核是什么，它用于什么?02什么是内核内核是与计算机硬件接口的易替换软件的最低级别。

它负责将所有以“用户模式”运行的应用程序连接到物理硬件，并允许称为服务器的进程使用进程间通信(IPC)彼此获取信息。

03内核还要分种类？是的，没错。

3.1 微内核微内核只管理它必须管理的东西:CPU、内存和IPC。

计算机中几乎所有的东西都可以被看作是一个附件，并且可以在用户模式下处理。

微内核具有可移植性的优势，因为只要操作系统仍然试图以相同的方式访问硬件，就不必担心您是否更改了视频卡，甚至是操作系统。

微内核对内存和安装空间的占用也非常小，而且它们往往更安全，因为只有特定的进程在用户模式下运行，而用户模式不具有管理员模式的高权限。

3.1.1 Pros可移植性安装占用空间小小内存占用安全3.1.2 Cons通过驱动程序，硬件更加抽象硬件可能反应较慢，因为驱动程序处于用户模式进程必须在队列中等待才能获得信息进程不能在不等待的情况下访问其他进程3.2 单内核单内核与微内核相反，因为它们不仅包含CPU、内存和IPC，而且还包含设备驱动程序、文件系统管理和系统服务器调用等内容。

单内核更擅长于访问硬件和多任务处理，因为如果一个程序需要从内存或运行中的其他进程中获取信息，那么它就有一条更直接的线路来访问信息，而不需要在队列中等待来完成任务。

但是，这可能会导致问题，因为在管理模式下运行的东西越多，如果行为不正常，就会有越多的东西导致系统崩溃。

3.2.1 Pros更直接地访问程序的硬件流程之间更容易通信如果支持您的设备，它应该不需要额外安装就可以工作进程反应更快，因为没有等待处理器时间的队列3.2.2 Cons较大安装体积较大内存占用不太安全，因为所有操作都在管理模式下运行04混合的内核混合内核能够选择在用户模式下运行什么，以及在管理模式下运行什么。

Linux内核模块Linux设备驱动会以内核模块的形式出现，因此学会编写Linux内核模块编程是学习linux设备驱动的先决条件。

1.1linux内核模块简介Linux内核的整体结构非常庞大，其包含的组件非常多。

我们如何把需要的部分都包含在内核中呢？●把需要的功能都编译到linux内核。

●以模块方式扩展内核功能。

为了使学生对模块建立初步的感性认识，我们先来看一个最简单的内核模块”hello world”,代码如下：#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");static int hello_init(void){printk("hello world\n”);return 0;}static void hello_exit(void){printk(1 "hello module exit\n ");}module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);MODULE_AUTHOR("zky");MODULE_DESCRIPTION("A simple hello Module ");MODULE_VERSION("V1.0");这个最简单的内核模块只包含内核加载函数、卸载函数和对Dual BSD/GPL许可权限的声明以及一些描述信息。

编译会产生hello.ko目标文件，通过”insmod ./hello.ko”命令可以加载它，通过”rmmod hello”命令可以卸载它，加载时输出”hello world”，卸载时输出”hello module exit”,查看输出信息可通过dmesg命令。

内核模块中用于输出的函数式内核空间的printk()而非用户空间的printf(),printk()的用法和printf()相似，但前者可定义输出级别。

Linux中的可加载模块(Module)分析指导教师：李善平小组成员：胡毅负责与module相关的数据结构。

系统调用sys_init_module 石磊9811538负责module机制概述，系统调用,sys_delete_module姜忠鼎9916507（原9813002）负责module的编程，系统调用,sys_create_module吴健负责module的编程，系统调用,sys_get_kernel_symsLINUX中的可加载模块(MODULE)分析 (1)✓Module概述 (3)✓Module的使用 (4)✓module用到的数据结构 (6)✓与module有关的系统调用 (12)1．系统调用代码分析 (12)1．1 sys_create_module系统调用 (13)1．2 sys_init_module系统调用 (14)1．3 sys_delete_module系统调用 (18)2．其它支撑函数的代码 (22)3.对insmodule实现的简要介绍 (27)✓Module的编程 (27)✓总结 (33)Module概述Linux中的可加载模块(Module)是Linux内核支持的动态可加载模块(loadable module)，它们是核心的一部分（通常是设备驱动程序），但是并没有编译到核心里面去。

Module可以单独编译成为目标代码，module是一个目标文件。

它可以根据需要在系统启动后动态地加载到系统核心之中。

当module不在被需要时，可以动态地卸载出系统核心。

Linux 中大多数设备驱动程序或文件系统都作成的module。

超级用户可以通过insmod和rmmod 命令显示地将module载入核心或从核心中将它卸载。

核心也可在需要时，请求守护进程(kerneld)装载和卸载module。

通过动态地将代码载入核心可以减小核心代码的规模，使核心配置更为灵活。

若在调试新核心代码时采用module技术，用户不必每次修改后都需重新编译核心和启动系统。

linux内核中的workqueue 和work 使用方法示例及解释说明1. 引言1.1 概述Linux内核是操作系统的核心，工作队列（workqueue）和work是其重要的组成部分。

工作队列提供了一种异步机制，用于处理长时间运行的任务或者需要在后台执行的任务。

而work则是具体的任务对象，通过将任务封装为work对象，可以方便地在工作队列中进行调度和管理。

1.2 文章结构本文将详细介绍Linux内核中的工作队列（workqueue）和work的使用方法，并通过示例和解释说明来展示其具体应用。

文章分为五个部分：引言、Workqueue和Work基础知识、Workqueue使用方法、Work使用方法和示例说明以及结论与展望。

1.3 目的本文旨在帮助读者全面了解Linux内核中工作队列和work的概念以及它们的使用方法。

通过深入解析其原理和实践案例，读者可以掌握如何利用工作队列和work来进行高效地后台任务处理，并为未来的研究和应用提供思路和参考。

2. Workqueue和Work基础知识:2.1 Workqueue介绍:Workqueue是Linux内核中的一种机制，用于管理和执行工作任务。

它是一种异步处理的机制，可以在后台处理一些耗时的操作，而不会阻塞系统或其他任务的执行。

2.2 Work介绍:Work是由Workqueue管理的工作任务。

每个Work代表一个需要在后台执行的具体工作。

一个Work可以被认为是一段代码，在特定条件或事件发生时被调用执行。

2.3 Work之间的关系:Workqueue可以创建和管理多个Work任务。

当某个条件满足时，例如硬件中断发生或定时器超时，Workqueue会从任务队列中选择一个可用的Work，并将其分配给空闲的内核线程来运行，以完成相应的工作。

在这个过程中，多个Work之间不存在直接依赖关系。

每个Work都是独立地被分配、执行和管理。

它们并行运行，并且不需要等待其他Work的完成。

Linux内核0.11体系结构——《Linux内核完全注释》笔记打卡0 总体介绍⼀个完整的操作系统主要由4部分组成：硬件、操作系统内核、操作系统服务和⽤户应⽤程序，如图0.1所⽰。

操作系统内核程序主要⽤于对硬件资源的抽象和访问调度。

图0.1 操作系统组成部分内核的主要作⽤是为了与计算机硬件进⾏交互，实现对硬件部件的编程控制和接⼝操作，调度对硬件资源的访问，并为计算机上的⽤户程序提供⼀个⾼级的执⾏环境和对硬件的虚拟接⼝。

1 Linux内核模式操作系统内核的结构模式主要可分为整体式的单内核模式和层次是的微内核模式。

Linux 0.11采⽤了单内核模式。

如图1.2所⽰，单内核操作系统所提供的服务流程为：应⽤主程序使⽤指定的参数值执⾏系统调⽤指令(int x80)，使CPU从⽤户态切换到核⼼态，然后操作系统根据具体的参数值调⽤特定的系统调⽤服务程序，这些服务程序根据需要再调⽤底层的⼀些⽀持函数以完成特定的功能。

完成服务后，系统使CPU从核⼼态回到⽤户态，执⾏后续的指令。

图1.1 单内核模式的简单模型结构2 Linux内核系统体系结构Linux内核主要由5个模块构成，分别为：进程调度模块、内存管理模块、⽂件系统模块、进程间通信模块和⽹络接⼝模块。

模块之间的依赖关系如图2.1所⽰，虚线部分表⽰0.11版本内核中未实现部分（所有的模块都与进程调度模块存在依赖关系）。

图2.1 Linux内核系统模块结构及相互依赖关系从单内核模式结构模型出发，Linux 0.11内核源代码的结构将内核主要模块分配如图2.2所⽰。

（除了硬件控制⽅框，其他粗线分别对应内核源代码的⽬录组织结构）图2.2 内核结构框图3 Linux内核对内存的管理和使⽤对于机器中的物理内存，Linux 0.11内核中，系统初始化阶段将其划分的功能区域如图3.1所⽰。

图3.1 物理内存使⽤的功能分布图虚拟地址：(virtual address)由程序产⽣的由段选择符合段内偏移地址两个部分组成的地址。