linux进阶：内核模块

抛开一切努力去做

现代内核派系

宏内核

关键功能（基本功能，不可裁剪、扩展）和服务功能（如文件系统、设备驱动、网络服务等，可裁剪、扩展）均在内核空间提供。运行效率高。扩展性较差。system call（系统调用）能够先入内核态来使用内核提供的服务。

 
微内核

内核空间只提供关键功能，服务功能在用户空间提供。运行效率较低。安全性、扩展性较高。

在Linux内核源码中有超过50%的代码都与设备驱动相关。Linux为宏内核架构（windows、鸿蒙等为微内核架构），如果开启所有的功能，内核就会变得十分臃肿。内核模块实现了某个功能的一段内核代码，在内核运行过程，可以加载这部分代码到内核，从而动态地增加了内核的功能。基于这种特性，进行设备驱动开发时，以内核模块的形式编写设备驱动，只需要编译相关的驱动代码即可，无需对整个内核进行编译。
在设备驱动开发过程中，用户可以随意将正在测试的驱动程序添加到内核或从内核中移除，每次修改内核模块的代码不需要重新启动内核。
在开发板上，用户也不需要将内核模块程序，或设备驱动程序的ELF文件存放在开发板，免去占用不必要的存储空间。当需要加载内核模块时，可以挂在NFS服务器，将存放在其它设备的内核模块加载到开发板上。
 
内核模块

为解决linux内核可扩展性和可维护性相对较差的缺陷。我们编写的内核模块，经过编译，最终形成.ko为后缀的ELF文件。ko文件是elf格式，是一种普通的可重定位目标文件。这类文件包含了代码和数据，可以被用来链接成可执行文件或共享目标文件，静态链接库也可以归为这一类。
 

内核模块头文件

1. #include <linux/init.h>      /*包含module_init()和module_exit()函数的声明*/
2. #include <linux/module.h>    /*包含内核模块信息声明的相关函数*/
3. #include <linux/kernel.h>    /*包含内核提供的各种函数，如printk*/

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内核模块加载与卸载

加载内核模块：insmod
卸载内核模块：rmmod
 

内核模块出入口

module_init()：加载模块时该函数自动执行，进行初始化操作
module_exit()：卸载模块时该函数自动执行，进行清理操作
 
内核模块信息声明
MODULE_LICENSE()：表示模块代码接受的软件许可协议，Linux内核遵循GPL V2开源协议，内核模块与linux内核保持一致即可。
MODULE_AUTHOR()：描述模块的作者信息。
MODULE_DESCRIPTION()：对模块的简单介绍。
MODULE_ALIAS()：给模块设置一个别名。
 

打印函数printk

printf：glibc库实现的打印函数，工作于用户空间。
printk：内核模块无法使用glibc库函数，内核自身实现的一个类printf函数，但是需要指定打印等级。

1. #include <linux/kernel.h>
2. /*printk打印等级，数字越小，等级越高*/
3. #define KERN_EMERG    "<0>"    /*通常是系统崩溃前的信息*/
4. #define KERN_ALERT    "<1>"    /*需要立即处理的消息*/
5. #define KERN_CRIT     "<2>"    /*严重情况*/
6. #define KERN_ERR      "<3>"    /*错误情况*/
7. #define KERN_WARNING  "<4>"    /*有问题的情况*/
8. #define KERN_NOTICE   "<5>"    /*注意信息*/
9. #define KERN_INFO     "<6>"    /*普通消息*/
10. #define KERN_DEBUG    "<7>"    /*调试信息*/

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cat /proc/sys/kernel/printk：查看当前系统printk打印等级。
终端输出：
当前控制台日志级别（小于该等级才能打印在当前控制台）
默认消息日志级别
最小的控制台级别（当前控制台日志级别的最小值）
默认控制台日志级别（没指定等级时默认级别）

dmesg：打印内核所有打印信息。
lsmod：查看当前系统加载内核情况。
 
实验环境（野火为例）

开发板烧录好Debian镜像。启动开发板，搭建好nfs客户端，挂载共享文件夹。获取Debian镜像的内核源码并编译。（选择4.19.71版本内核，内核模块的功能需要依赖内核提供的各种底层接口。）

注：cat /etc/issue查看镜像日期。新版内核是4.19.35版本（22年之后），看驱动文档的“驱动章节实验环境搭建”。
 
下载linux内核源码（基于野火linux开发板，ebf-buster-linux存放着内核相关）

1. git clone https://github.com/Embedfire/ebf-buster-linux.git
2. git clone https://gitee.com/Embedfire/ebf-buster-linux.git

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安装必要环境工具库（make工具、gcc交叉编译链、gcc编译工具、bison语法分析器、flex词法分析器、libssl-dev OpenSSL通用库、lzop LZO压缩库的压缩软件）

1. sudo apt install make gcc-arm-linux-gnueabihf gcc bison flex libssl-dev dpkg-dev lzop

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前往ebf-buster-linux目录，执行脚本，一键编译内核 

1. sudo ./make_deb.sh

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获取编译出来的内核相关文件（make_deb.sh脚本指定存放路径）
/home/couvrir/桌面/ebf-buster-linux/build_image/build
make_deb.sh如下：

1. deb_distro=bionic
2. DISTRO=stable
3. build_opts="-j 6"
4. build_opts="${build_opts} O=build_image/build"　　　　　　　　　　　　//O执行编译文件的存放路径
5. build_opts="${build_opts} ARCH=arm"
6. build_opts="${build_opts} KBUILD_DEBARCH=${DEBARCH}"
7. build_opts="${build_opts} LOCALVERSION=-imx-rl"
8. build_opts="${build_opts} KDEB_CHANGELOG_DIST=${deb_distro}"
9. build_opts="${build_opts} KDEB_PKGVERSION=l${DISTRO}"
10. build_opts="${build_opts} CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-"
11. build_opts="${build_opts} KDEB_SOURCENAME=linux-upstream"
12. make ${build_opts} npi_v7+defconfig
13. make ${build_opts}
14. make ${build_opts} bindeb-pkg

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实验一

helloworld.c文件

1. #include <linux/init.h>      
2. #include <linux/module.h>   
3. #include <linux/kernel.h>  
5. static int __init hello_init(void)    //__init指将这段函数指定保存在__init段内存
6. {
7.     printk(KERN_EMERG "[ KERN_EMERG ] Hello World Module Init\n");　　//指定等级
8.     printk("[ default ] Hello World Module Init\n");　　　　　　　　　　 //默认等级
9.     return 0;
10. }
12. static int __exit hello_exit(void)    //__exit指将这段函数指定保存在__exit段内存
13. {
14.     printk("[ default ] goodbye\n");　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//默认等级
15. }
17. module_init(hello_init);    //hello_init作为模块函数入口
18. module_exit(hello_exit);    //hello_exit作为模块函数出口
20. MODULE_LICENSE("GPL2");                     //表示模块代码接受的软件许可协议
21. MODULE_AUTHOR("couvrir");                   //描述模块的作者信息
22. MODULE_DESCRIPTION("hello world module");   //对模块的简单介绍
23. MODULE_ALIAS("test module");                //给模块设置一个别名

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 Makefile文件

1. KERNEL_DIR=/home/couvrir/桌面/ebf-buster-linux/build_image/build    //将内核源码编译生成的内核文件存放在该路径
3. ARCH=arm                                //交叉编译的目标架构
4. CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-        //交叉编译的编译工具链
5. export ARCH CROSS_COMPILE                //将架构和编译链导出到子Makefile，使其在当前shell环境中生效
7. obj-m:=helloworld.o
8. all:                                    //默认目标，用于编译所有模块　
9.         $(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURDIR) modules    //执行内核源码目录的Makefile文件，并将当前目录作为模块的源码目录
10. //通过执行Makefile文件，可以将helloworld.c文件编译成一个内核模块
12. .PHONY:clean copy
13. clean:
14.         $(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURDIR) clean        //执行内核源码目录的Makefile文件的clean目标，清理编译生成的文件
15. copy:
16.         sudo cp *.ko /home/couvrir/workdir                //将ko文件存到共享文件夹

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obj-m:=.o：指定要编译的模块文件。
-C指定子Makefile的路径，M=描述内核关于内核模块的源码路径。CURDIR为当前目录路径。
make modules：执行linux顶层Makefile的伪目标，它实现内核模块的源码读取并编译为.ko文件。

执行make、make copy。
然后开发板上sudo insmod xxx.ko。
dmesg：打印内核所有打印信息。
lsmod：查看当前系统加载内核情况。
 

来源:https://www.cnblogs.com/couvrir/p/17613829.html
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