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Module原理简介

#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。

刚才讲的都是使用别人的 function 上遇到的名字 encode 问题。但是﹐ 如果我们自己的 module 想要 export 一些东西让别的 module 使用呢。很简单。在 default 上﹐ 在你的 module 里所有的 global variable 和 function 都会被认定为你要 export 出去的。所以﹐ 如果你的 module 里有 10 个 global variable﹐ 经由 ksyms﹐你可以发现这十个 variable 都会被 export 出去。这当然是个很方便的事啦﹐ 但是﹐你知道﹐ 有时候我们根本不想把所有的 variable 都 export 出去﹐ 万一有个 module 没事乱改我们的 variable 怎么办呢 ? 所以﹐ 在很多时候﹐我们都只会限定几个必要的东西 export 出去。在 2.2.1 之前的 kernel (不是很确定) 可以利用 register_symtab 来帮我们。但是﹐ 现在更新的版本早就出来了。所以﹐ 在此﹐ 我会介绍 kernel 2.2.1 里所提供的。 kernel 2.2.1 里提供了一个 macro﹐ 叫做 EXPORT_SYMBOL﹐ 这是用来帮我们选择要 export 的 variable 或 function。比方说﹐我要 export 一个叫 full 的 variable﹐ 那我只要在 module 里写:

EXPORT_SYMBOL(full);

就会自动将 full export 出去﹐ 你马上就可以从 ksyms 里发现有 full 这个变量被 export 出去。在使用 EXPORT_SYMBOL 之前﹐ 要小心一件事﹐ 就是必须在 gcc 里定义 EXPORT_SYMTAB 这个 constant﹐ 否则在 compile 时会发生 parser error。所以﹐ 要使用 EXPORT_SYMBOL 的话﹐ 那 gcc 应该要下:

gcc -c -D__KERNEL__ -DMODULE -DMODVERSIONS　 -DEXPORT_SYMTAB \\

main.c　 -include /usr/src/linux/include/linux/modversions.h

如果我们不想 export 任何的东西﹐ 那我们只要在 module 里下

EXPORT_NO_SYMBOLS;

就可以了。使用 EXPORT_NO_SYMBOLS 用不着定义任何的 constant。其实﹐ 如果各位使用过旧版的 register_symbol 的话﹐ 一定会觉得新版的方式比较好用。至少我是这样觉得啦。因为使用 register_symbol 还要先定义出自己的 symbol_table﹐ 感觉有点麻烦。

当我们使用 EXPORT_SYMBOL 把一些 function 或 variable export 出来之后﹐ 我们使用 ksyma -a 去看一些结果。我们发现 EXPORT_SYMBOL(full) 的确是把 full export出来了 :

c8822200　 full　　　　　　 [my_module]

c01b8e08　 pci_find_slot_R454463b5

　 .　 .　 .

但是﹐ 结果怎么跟我们想象中的不太一样﹐ 照理说﹐ 应该是 full_Rxxxxxx 之类的东西才对啊﹐ 怎么才出现 full 而已呢 ? 奇怪﹐ 问题在那里呢 ?

其实﹐ 问题就在于我们没有对本身的 module 所 export 出来的 function 或 variable 的名字做 encode。想想﹐ 如果在 module 的开头。我们加入一行

#define full　　 full_Rxxxxxx

之后﹐ 我们再重新 compile module 一次﹐ 载到 kernel 之后﹐ 就可以发现 ksyms -a 显示的是

c8822200　 full_Rxxxxxx　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [my_module]

c01b8e08　 pci_find_slot_R454463b5

　 . . . . .

那是不是说﹐ 我们要去对每一个 export 出来的 variable 和 function 做 define 的动作呢 ? 当然不是啰。记得吗﹐ 前头我们讲去使用 kernel export 的 function 时﹐ 由于 include 了一些 .ver 的档案﹐ 以致于我们不用再做 define 的动作。现在﹐ 我们也要利用 .ver 的档案来帮我们﹐ 使我们 module export 出来的 function 也可以自动加入 kernel version 的 information。也就是变成 full_Rxxxxxx 之类的东西。

Linux 里提供了一个 command﹐ 叫 genksyms﹐ 就是用来帮我们产生这种 .ver 的档案的。它会从 stdin 里读取 source code﹐ 然后检查 source code 里是否有 export 的 variable 或 function。如果有﹐ 它就会自动为每个 export 出来的东西产生一些 define。这些 define 就是我们之前说的。等我们有了这些 define 之后﹐ 只要在我们的 module 里加入这些 define﹐ 那 export 出来的 function 或 variable 就会变成上面那个样子。

假设我们的程序都放在一个叫 main.c 的档案里﹐ 我们可以使用下列的方式产生这些 define。

gcc -E -D__GENKSYMS__ main.c | genksyms -k 2.2.1 > main.ver

　

gcc 的 -E 参数是指将 preprocessing 的结果 show 出来。也就是说将它 include 的档案﹐ 一些 define 的结果都展开。 -D__GENKSYMS__ 是一定要的。如果没有定义这个 constant﹐ 你将不会看到任何的结果。用一个管线是因为 genksyms 是从 stdin 读资料的﹐ 所以﹐ 经由管线将 gcc 的结果传给 genksyms。 -k 2.2.1 是指目前使用的 kernel 版本是 2.2.1﹐ 如果你的 kernel 版本不一样﹐ 必须指定你的 kernel 的版本。产生的 define 将会被放到 main.ver 里。产生完 main.ver 档之后﹐ 在 main.c 里将它 include 进来﹐ 那一切就 OK 了。有件事要告诉各位的是﹐ 使用这个方式产生的 module﹐ 其 export 出来的东西会经由 main.ver 的 define 改头换面。所以如果你要让别人使用﹐ 那你必须将 main.ver 公开﹐ 不然﹐ 别人就没办法使用你 export 出来的东西了。

讲了这么多﹐ 相信各位应该都已经比较清楚 module 在 kernel 中是怎么样一回事﹐也应该知道为什么有时候 module 会无法加载了。除此之外﹐ 各位应该还知道如何使自己 module export 出来的东西也具有 kernel version 的 information。

接下来﹐ 要跟各位讲的就是﹐ 如何写一个 module 了。其实﹐ 写一个 module 很简单的。如果你了解我上面所说的东西。那我再讲一次﹐ 再用个例子﹐ 相信大家就都会了。要写一个 module﹐ 必须要提供两个 function。这两个 function 是给 insmod 和 rmmod 使用的。它们分别是　　 init_module()﹐ 以及 cleanup_module()。

int　　 init_module();

void　 cleanup_module();

相信大家都知道在 Linux 里可以使用 insmod 这个 command 来将某个 module 加载。比方说﹐ 我有一个 module 叫 hello.o﹐ 那使用 insmod hello.o 就可以将 hello 这个 module 载到 kernel 里。观察 /etc/modules 应该就可以看到 hello 这个 module 的名字。如果要将 hello 这个 module 移除﹐ 则只要使用 rmmod hello 就可以了。insmod 在加载 module 之后﹐ 就会去呼叫 module 所提供的 init_module()。如果传回 0 表示成功﹐ 那 module 就会被加载。如果失败﹐ 那加载的动作就会失败。一般来讲﹐ 我们在 init_module() 做的事都是一些初始化的工作。比方说﹐ 你的 module 需要一块内存﹐ 那你就可以在 init_module() 做 kmalloc 的动作。想当然尔。cleanup_module() 就是在 module 要移除的时候做的事。做的事一般来讲就是一些善后的工作﹐ 比方像把之前 kmalloc 的内存 free 掉。

由于 module 是载到 kernel 使用的﹐ 所以﹐ 可能别的 module 会使用你的 module﹐甚至某些 process 也会使用到你的 module﹐ 为了避免 module 还有人使用时就被移除﹐ 每个 module 都有一个 use count。用来记录目前有多少个 process 或 module 正在使用这个 module。当 module 的 use count 不等于 0 时﹐ module 是不会被移除掉的。也就是说﹐ 当 module 的 use count 不等于 0 时﹐ cleanup_module() 是不会被呼叫的。

在此﹐ 我要介绍三个 macro﹐ 是跟 module 的 use count 有关的。

MOD_INC_USE_COUNT

MOD_DEC_USE_COUNT

MOD_IN_USE

MOD_INC_USE_COUNT 是用来增加 module 的 use count﹐ 而 MOD_DEC_USE_COUNT 是用来减少 module 的 use count。至于 MOD_IN_USE 则是用来检查目前这个 module 是不是被使用中。也就是检查 use count 是否为 0。 module 的 use count 必须由写 module 的人自己来 maintain。系统并不会自动为你把 use count 加一或减一。一切都得由自己控制。下面有一个例子﹐ 但是﹐ 并不会介绍这三个 macro 的使用方法。将来如果有机会﹐ 我再来介绍这三个 macro 的用法。

举例：

这个例子很简单。其实只是示范如何使用 init_module() 以及 cleanup_module() 来写一个 module。当然﹐ 这两个 function 只是构成 module 的基本条件罢了。至于 module 里要提供的功能则是看各人的需要。

main.c

#define MODULE

#include
#include

int full;

EXPORT_SYMBOL(full);　　　　　　　 /* 将 full export 出去 */

int init_module( void )
{
printk( \"<5> Module is loaded\\n\" );
　　　　　　　 return 0;
}

void cleanup_module( void )
{
printk( \"<5> Module is unloaded\\n\" );
}

关于 printk 是这样子的﹐ 它是 kernel 所提供的一个打印讯息的 function。 kernel 有 export 这个 function。所以你可以自由的使用它。它的用法跟 printf 几乎一模一样。唯独讯息的开头是 <5>﹐ 其实﹐ 不见得这三个字符啦。也可以是 <4>﹐ <3>﹐ <7> 等等的东西。这是代表这个讯息的 prioirty 或 level。 <5> 表示的是跟 KERNEL 有关的讯息。

main.ver:

利用 genksyms 产生出来的

gcc -E -D__GENKSYMS__ main.c | genksyms -k 2.2.1 > main.ver

接下来﹐ 就是要把 main.c compile 成 main.o

gcc -D__KERNEL__ -DMODVERSIONS -DEXPORT_SYMTAB -c　　　　 \\

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 -I/usr/src/linux/include/linux -include　　　 \\

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 /usr/src/linux/include/linux/modversions.h \\

　　 -include ./main.ver main.c

好了。 main.o 已经成功的 compile 出来了﹐ 现在下一个 command

insmod main.o

检查看 /proc/modules 里是否有 main 这个 module。如果有﹐ 表示 main 这个 module 已经载到 kernel 了。再下一个指令﹐ 看看 full export 出去的结果。

ksyms

结果显示

Address　　 Symbol　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Defined by

c40220e0　 full_R355b84b2　　　　　　　　　　　　 [main]

c401d04c　 ne_probe　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [ne]

c401a04c　 ei_open　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [8390]

c401a094　 ei_close　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [8390]

c401a504　 ei_interrupt　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [8390]

c401af1c　 ethdev_init　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [8390]

c401af80　 NS8390_init　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [8390]

可以看到 full_R355b84b2﹐ 表示﹐ 我们已经成功的将 full 的名字加上 kernel version 的 information 了。当我们不需要这个 module 时﹐ 我们就可以下一个 command﹐

rmmod main

这样 main 就会被移除掉了。再检查看看 /proc/modules 就可以发现 main 那一行不见了。各位现在可以看一下 /var/log/message 这个档案﹐ 应该可以发现以两行

Apr 12 14:19:05 host kernel: Module is loaded

Apr 12 14:39:29 host kernel: Module is unloaded

这两行就是 printk 印出来的。

　

结论

关于 module 的介绍已经到此告一段落了。其实﹐ 使用 module 实在是很简单的一件事。对于要发展 driver 或是增加 kernel 某些新功能的人来讲﹐ 用 module 不啻为一个方便的方式。希望这篇文章对各位能有所帮助。

发布人:netbull 来自:LinuxAid

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