【Linux驱动开发 ---- 2_深入理解内核模块】

Linux驱动开发 ---- 2_深入理解内核模块

学习目标

• 理解Linux内核模块的基本概念和工作原理。
• 掌握模块的加载（insmod）、卸载（rmmod）和参数传递。
• 编写并测试一个简单的内核模块。

时间安排建议

• 理论学习（1-2小时）：学习内核模块的基础知识。
• 实践（1小时）：编写、编译和测试内核模块。

理论学习

1. 什么是内核模块？

• 内核模块是Linux内核的可加载扩展，可以动态加载到内核中，无需重启系统。
• 优点：提高灵活性，减少内核体积。
• 文件后缀：.ko（Kernel Object）。
• 示例：USB驱动、网络驱动通常以模块形式存在。

2. 模块加载与卸载

• insmod：加载模块到内核。
  • 用法：insmod module.ko [参数]
• rmmod：卸载模块。
  • 用法：rmmod module_name
• lsmod：查看已加载的模块。
• 模块参数：可以在加载时传递参数给模块。
  • 示例：insmod my_module.ko my_param=5

3. 内核模块开发基础

• 基本结构：
  • 初始化函数（加载时调用）。
  • 退出函数（卸载时调用）。
• 常用头文件：<linux/module.h>、<linux/kernel.h>。
• 编译：需要内核源码和Makefile。

实践任务

任务1：准备开发环境

1. 检查内核版本：

   uname -r
   

   • 示例输出：5.15.0-73-generic（Ubuntu 22.04默认版本）。
     

2. 安装内核头文件和开发工具：

   sudo apt install linux-headers-$(uname -r) build-essential
   

3. 创建工作目录：

   mkdir ~/kernel_modules && cd ~/kernel_modules
   

   

任务2：编写简单内核模块

1. 创建文件hello_module.c：

   nano hello_module.c
   

2. 输入以下代码：

#include <linux/module.h>    // 内核模块必需头文件
#include <linux/kernel.h>    // 提供printk等内核函数
#include <linux/init.h>      // 定义模块初始化和退出宏

// 定义一个模块参数
static int my_param = 0;
module_param(my_param, int, S_IRUGO); // S_IRUGO表示参数可读

// 模块初始化函数，加载时调用
static int __init hello_init(void) {
    printk(KERN_INFO "Hello, World! Parameter: %d\n", my_param);
    return 0; // 返回0表示成功
}

// 模块退出函数，卸载时调用
static void __exit hello_exit(void) {
    printk(KERN_INFO "Goodbye, World!\n");
}

// 注册初始化和退出函数
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

// 模块元信息
MODULE_LICENSE("GPL");           // 许可证
MODULE_AUTHOR("Your Name");      // 作者
MODULE_DESCRIPTION("A simple hello world module"); // 描述

任务3：编写Makefile

1. 创建文件Makefile：

   nano Makefile
   

2. 输入以下内容：

   obj-m += hello_module.o
   
   all:
       make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
   
   clean:
       make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
   

任务4：编译和测试模块

1. 编译模块：

   make
   

   • 输出文件：hello_module.ko。

2. 加载模块：

   sudo insmod hello_module.ko my_param=42
   

3. 查看日志：

   dmesg | tail
   

   • 预期输出：Hello, World! Parameter: 42。

4. 检查已加载模块：

   lsmod | grep hello
   

5. 卸载模块：

   sudo rmmod hello_module
   

6. 再次查看日志：

   dmesg | tail
   

   • 预期输出：Goodbye, World!。

任务5：清理环境

make clean

代码详解

hello_module.c详解

• #include <linux/module.h>：提供模块相关宏和函数。
• printk(KERN_INFO ...)：内核日志函数，KERN_INFO表示信息级别，输出到/var/log/kern.log或dmesg。
• module_param：定义可传递的参数，my_param是整数类型，S_IRUGO表示全局可读。
• __init和__exit：标记初始化和退出函数，__init函数在加载后释放内存。
• MODULE_LICENSE("GPL")：声明模块遵循GPL许可证，避免内核污染警告。

Makefile详解

• obj-m += hello_module.o：指定目标模块。
• -C /lib/modules/...：指向内核源码目录。
• M=$(PWD)：指定当前目录为模块构建路径。

注意事项

• 权限问题：加载模块需要sudo，否则会提示权限不足。
• 日志查看：dmesg可能包含大量信息，用tail筛选最新日志。
• 内核版本匹配：确保linux-headers版本与当前内核一致（uname -r）。
• 实践巩固：尝试修改my_param值或日志内容，重新编译测试。

总结

完成以上内容后，您将：

• 理解内核模块的作用和基本结构。
• 掌握模块的编写、编译、加载和卸载。
• 成功运行一个打印“Hello, World!”的模块，并传递参数。