一個簡單的內核模塊實現
前言
這幾天因爲某些原因，需要學習下Linux內核模塊相關的知識，今天剛剛好學習完模塊的簡單實現，故將其整理出來，以供日後複習之用
一個簡單的內核模塊
模塊化的意義
在目前，內核的設計中，有兩種不同的趨勢，一種是單內核，另外一種是微內核，簡單而言
- 單內核就是一個很大的進程，在運行的時候，是一個單獨的二進制映像，模塊之間的通信是通過函數調用來實現
- 微內核則不同，各個模塊之間都作爲單獨的進程運行，模塊之間的通信是通過消息傳遞進行通信
關於這兩者的優勢，各有各的說法，本人研究也不深，無法做過多的點評，這裏我們只需要知道，Linux是單內核結構，但同時也支持一個模塊化的內核。
所謂的模塊化，就是各個部分以模塊的形式進行組織，可以根據需要對指定的模塊進行編譯，然後安裝到內核中即可，這種實現方式的優勢在於，不需要預先把一大堆的功能都編譯進內核，尤其是各種驅動，衆所周知，不同型號的硬件，對應的驅動不同，而如果爲了顧全所有的硬件，而把所有的驅動都編譯進內核，內核的體積會變得非常龐大，而且，當這些驅動需要進行更新的時候，必須要對內核重新進行編譯。
有了模塊化之後，可以根據需要將對應的模塊編譯進內核，並且可以動態的進行加載和卸載，這樣子，對應的模塊的維護以及系統的使用就簡單以及方便很多了
模塊的簡單實現
這裏我們來學習一個簡單模塊的實現
// hello_module.c
// 必備頭函數
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
// 該模塊的LICENSE
MODULE_LICENSE("GPL")；
// 該模塊的作者
MODULE_AUTHOR("huanfeng.xu");
// 該模塊的說明
MODULE_DESCRIPTION("hello module");
// 初始化入口
// 模塊安裝時執行
// 這裏的__init 同樣是宏定義，主要的目的在於
// 高速內核，加載該模塊之後，可以回收init.text的區間
static int __init init_hello_module(void){
printk("KERN_INFO init the module. \n");
return 0;
}
// 模塊卸載時執行
// 同上
static void __exit exit_hello_module(void){
// 輸出信息，類似於printf()
// printk適用於內核模塊
printk("KERN_INFO exit the module. \n");
}
// 模塊初始化宏，用於加載該模塊
module_init(init_hello_module);
// 模塊卸載宏，用於卸載該模塊
module_exit(exit_hello_module);
需要注意的是，在普通的c開發中，每個程序都有一個main函數，作爲入口，而在內核中，則是module_init()來負責
編寫對應的Makefile
# Makefile
# 內核源代碼所在位置
KERNEL_DIR = /lib/modules/`uname -r`/build
obj-m += hello_module.o
all:
make -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm *.o *.mod.c *.ko *.order *.symvers
模塊的編譯有兩種形式，一種是編譯成模塊，即上面的obj-m，另一中是直接編譯到內核文件中，則上面的obj-m需要更改爲obj-y
需要注意的是，由於我們是在內核源代碼之外編譯該模塊，所以在編譯的時候，需要暫時將編譯目錄切換到內核源代碼中，即上面的-C $(KERNEL_DIR)，在Makefile中，可以聲明變量，即上面的KERNEL_DIR = /lib/modules/uname -r/build，使用時，直接$(KERNEL_DIR)即可，這裏的$(PWD)是內核自帶變量，所以無需聲明，可以直接使用
編寫完之後，直接執行make即可，可以看到目錄下生成一個.ko文件，這就行對應的模塊了
模塊的安裝
由於該模塊比較簡單，也沒有依賴於其他模塊，所以安裝的時候可以直接使用insmod hello_module.ko即可，安裝完成之後，可以使用dmesg查看是否有對應的內容輸出，如果操作沒有問題，則會看到這樣的日誌KERN_INFO init the module.
查看模塊是否已經安裝 lsmod | grep hello_module
查看模塊信息 modinfo hello_module
卸載模塊 rmmod hello_module，卸載之後同樣可以使用dmesg看到
KERN_INFO exit the module.
帶參數的模塊
有時候我們需要在模塊安裝的時候，傳遞一些信息給模塊，可以使用如下方式
// 需要加上該頭文件
#include <linux/moduleparam.h>
module_param(name, type, perm);
// name爲安裝以及使用時的參數名字，type爲類型，pram爲對應的sysfs的權限
module_param_string(name, string, len, perm);
// name爲外部名字，string爲內部名字
module_param_array(name, type, nump, perm)
// nump用於存放數組項數
使用的方式爲，在安裝模塊的指定對應的參數及其值即可，如insmod hello_module size=100
導出符號表
由於模塊之間是相通的，所以模塊中定義的符號需要導出之後才能被其他模塊使用
導出方式只需要在使用MODULE_EXPORT(VAR_NAME)或者MODULE_EXPORT_GPL(VAR_NAME)即可，VAR_NAME可以爲變量，也可以爲函數
其他模塊只需要使用extern [TYPE] VAR_NAME，即可在本模塊中使用其他模塊導出的變量或者函數了，需要注意的是，如果依賴其他模塊的導出符號，則在安裝該模塊的時候，對應的依賴模塊必須已經安裝好，否則會出現找不到對應符號的情況
總結
本小節主要簡單學習了模塊的寫法，模塊的編譯，傳遞參數以及導出符號，後面還會學習其他相關的內容，加油…