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Linux内核模块编程(一)

/* We e doing kernel work */
#include /* Specifically, a module */

/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS //这两行应该修改为#ifdef MODVERSIONS
#include
#endif

/* Initialize the module */
int init_module()
{
Printk("Hello, world - this is the kernel speakingn");

/* If we return a non zero value, it means that
* init_module failed and the kernel module
* can be loaded */
Return 0;
}

/* Cleanup - undid whatever init_module did */
void cleanup_module()
{
Printk("Short is the life of a kernel modulen");
}

2.3.*/2.4.*中的用法：
2.3/2.4中的用法不同，应该使用：
module_init(init_proc_fs)
module_exit(exit_proc_fs)
优点：有了返回值。

static int __init init_proc_fs(void)
{
int err = register_filesystem(&proc_fs_type);
if (!err) {
proc_mnt = kern_mount(&proc_fs_type);
err = PTR_ERR(proc_mnt);
if (IS_ERR(proc_mnt))
unregister_filesystem(&proc_fs_type);
Else
err = 0;
}
return err;
}

static void __exit exit_proc_fs(void)
{
unregister_filesystem(&proc_fs_type);
kern_umount(proc_mnt);
}

module_init(init_proc_fs)
module_exit(exit_proc_fs)

模块的Makefile
Options:
-D__KERNEL__ // in kernel space
-DMODULE // create module
-DLINUX // which can be compiled on more than one operating system
-D__SMP__ // Symmetrical MultiProcessing
-DCONFIG_MODVERSIONS // should include /usr/include/linux/modversions.h
fomit-frame-pointer告诉gcc不要为那些不需要的函数保存页面指针.这会使得我们的寄存器在调用init_module以后保持不变.

多个源程序组成的模块的Makefile
1.在除了一个以外的所有源文件中，增加一行#define __NO_VERSION__。这是很重要的，因为module.h一般包括kernel_version的定义，这是一个全局变量，包含模块编译的内核版本。如果你需要version.h，你需要把自己把它包含进去，因为如果有__NO_VERSION__的话module.h不会自动包含。
2.象通常一样编译源文件。
3.把所有目标文件联编成一个。在X86下，用ld –m elf_i386 –r –o .o <1st source file>

printk
printk是内核空间中printf的替代品，其用法为：printk("format string", var)。n定义了日志等级，范围从0到7，其中0到4是紧急事件，5和6是普通信息，7为调试（例如SMP_DEBUG）。其它用户空间的函数也不能使用；程序员在内核空间中可以使用的函数都记录在/proc/ksyms中，也可以使用ksyms -a命令查看。
注：在终端下insmod模块，printk信息送往终端
By the way, the reason why the Makefile recommends against doing insmod from X is because when the kernel has a message to print with printk, it sends it to the console. When you don use X, it just goes to the virtual terminal you e using (the one you chose with Alt-F) and you see it. When you do use X, on the other hand, there are two possibilities. Either you have a console open with xterm -C, in which case the output will be sent there, or you don , in which case the output will go to virtual terminal 7 -- the one `covered by X.
函数/变量和内核版本的关系
刚才我们说到 kernel 本身会 export 出一些 function 或 variable 来让 module 使用，但是，我们不是万能的，我们怎幺知道 kernel 有开放那里东西让我们使用呢 ? Linux 提供一个 command，叫 ksyms，你只要执行 ksyms -a 就可以知道 kernel 或目前载到 kernel 里的 module 提供了那些 function 或 variable。底下是我的系统的情形:

c0216ba0 drive_info_R744aa133
c01e4a44 boot_cpu_data_R660bd466
c01e4ac0 EISA_bus_R7413793a
c01e4ac4 MCA_bus_Rf48a2c4c
c010cc34 __verify_write_R203afbeb
. . . . .

在 kernel 里，有一个 symbol table 是用来记录 export 出去的 function 或 variable。除此之外，也会记录着那个 module export 那些 function。上面几行中，表示 kernel 提供了 drive_info 这个 function/variable。所以，我们可以在 kernel 里直接使用它，等载到 kernel 里时，会自动做好 link 的动作。由此，我们可以知道，module 本身其实是还没做 link 的一些 object code。一切都要等到 module 被加载 kernel 之后，link 才会完成。各位应该可以看到 drive_info 后面还接着一些奇怪的字符串。_R744aa133，这个字符串是根据目前 kernel 的版本再做些 encode 得出来的结果。为什幺额外需要这一个字符串呢 ?

Linux 不知道从那个版本以来，就多了一个 config 的选项，叫做 Set version number in symbols of module。这是为了避免对系统造成不稳定。我们知道 Linux 的 kernel 更新的很快。在 kernel 更新的过程，有时为了效率起见，会对某些旧有的 data structure 或 function 做些改变，而且一变可能有的 variable 被拿掉，有的 function 的 prototype 跟原来的都不太一样。如果这种情形发生的时候，那可能以前 2.0.33 版本的 module 拿到 2.2.1 版本的 kernel 使用，假设原来 module 使用了 2.0.33 kernel 提供的变量叫 A，但是到了 2.2.1 由于某些原因必须把 A 都设成 NULL。那当此 module 用在 2.2.1 kernel 上时，如果它没去检查 A 的值就直接使用的话，就会造成系统的错误。也许不会整个系统都死掉，但是这个 module 肯定是很难发挥它的功能。为了这个原因，Linux 就在 compile module 时，把 kernel 版本的号码 encode 到各个 exported function 和 variable 里。

所以，刚才也许我们不应该讲 kernel 提供了 drive_info，而应该说 kernel 提供了 driver_info_R744aa133 来让我们使用。这样也许各位会比较明白。也就是说，kernel 认为它提供的 driver_info_R744aa133 这个东西，而不是 driver_info。所以，我们可以发现有的人在加载 module 时，系统都一直告诉你某个 function 无法 resolved。这就是因为 kernel 里没有你要的 function，要不然就是你的 module 里使用的 function 跟 kernel encode 的结果不一样。所以无法 resolve。解决方式，要嘛就是将 kernel 里的 set version 选项关掉，要嘛就是将 module compile 成 kernel 有办法接受的型式。

那有人就会想说，如果 kernel 认定它提供的 function 名字叫做 driver_info_R744aa133 的话，那我们写程序时，是不是用到这个 funnction 的地方都改成 driver_info_R744aa133 就可以了。答案是 Yes。但是，如果每个 function 都要你这样写，你不会觉得很烦吗 ? 比方说，我们在写 driver 时，很多人都会用到 printk 这个 function。这是 kernel 所提供的 function。它的功能跟 printf 很像。用法也几乎都一样。是 debug 时很好用的东西。如果我们 module 里用了一百次 printk，那是不是我们也要打一百次的 printk_Rdd132261 呢 ? 当然不是，聪明的人马上会想到用 #define printk printk_Rdd132261 就好了嘛。所以啰，Linux 很体贴的帮我们做了这件事。
如果各位的系统有将set version的选项打开的话，那大家可以到/usr/src/linux/include/linux/modules这个目录底下。这个目录底下有所多的..ver档案。这些档案其实就是用来做#define用的。我们来看看ksyms.ver 这个档案里，里面有一行是这样子的 :
#define printk _set_ver(printk)
set_ver是一个macro，就是用来在printk后面加上version number的。有兴趣的朋友可以自行去观看这个macro的写法。用了这些ver檔，我们就可以在module里直接使用printk这样的名字了。而这些ver档会自动帮我们做好#define的动作。可是，我们可以发现这个目录有很多很多的ver檔。有时候，我们怎幺知道我们要呼叫的function是在那个ver档里有定义呢?Linux又帮我们做了一件事。/usr/src/linux/include/linux/modversions.h这个档案已经将全部的ver档都加进来了。所以在我们的module里只要include这个档，那名字的问题都解决了。但是，在此，我们奉劝各位一件事，不要将modversions.h这个档在module里include进来，如果真的要，那也要加上以下数行:
#ifdef MODVERSIONS
#include linux/modversions.h
#endif
加入这三行的原因是，避免这个 module 在没有设定 kernel version 的系统上，将 modversions.h 这个档案 include 进来。各位可以去试试看，当你把 set version 的选项关掉时，modversions.h 和 modules 这个目录都会不见。如果没有上面三行，那 compile 就不会过关。所以一般来讲，modversions.h 我们会选择在 compile 时传给 gcc 使用。就像下面这个样子。
gcc -c -D__KERNEL__ -DMODULE -DMODVERSIONS main.c
-include usr/src/linux/include/linux/modversions.h
在这个 command line 里，我们看到了 -D__KERNEL__，这是说要定义 __KERNEL__ 这个 constant。很多跟 kernel 有关的 header file，都必须要定义这个 constant 才能 include 的。所以建议你最好将它定义起来。另外还有一个 -DMODVERSIONS。这个 constant 我刚才忘了讲。刚才我们说要解决 fucntion 或 variable 名字 encode 的方式就是要 include modversions.h，其实除此之外，你还必须定义 MODVERSIONS 这个 constant。再来就是 MODULE 这个 constant。其实，只要是你要写 module 就一定要定义这个变量。而且你还要 include module.h 这个档案，因为 _set_ver 就是定义在这里的。
讲到这里，相信各位应该对 module 有一些认识了，以后遇到 module unresolved 应该不会感到困惑了，应该也有办法解决了。

发布人:netbull 来自:奥索网

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