不管是Windows還是Linux，驅動程序都扮演着重要的角色。應用程序只能通過驅動程序才能同硬件設備或系統內核通訊。Linux內核對不同的系統定義了標準的接口（API），應用程序就是通過這些標準的接口來操作內核和硬件。驅動可以被編譯的內核中（build-in），也可以做爲內核模塊（Module）存在於內核的外面，需要的時候動態插入到內核中運行。
就像你學習操作系統概念時所瞭解的那樣，Linux內核也分爲幾個大的部分：進程管理、內存管理、文件系統、設備控制、網絡系統等，參考圖1-1。
圖1-1 Linux系統（來源：O’Reilly Media, LDD3）
一個簡單的驅動
下面我們來編寫第一個驅動程序，它很簡單，在運行時會輸出‘Hello World’消息。
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// hello.c #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> static int __init hello_init(void) { printk(KERN_ALERT "Hello World！\n"); return 0; } static void __exit hello_exit(void) { printk(KERN_ALERT "Goodbye World！\n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); |
這就是一個簡單的驅動程序，它什麼也沒做，僅僅是輸出一些信息，不過對於我們來說這已經足夠了。保存這個程序，命名爲hello.c。在寫一個Makefile文件用來編譯它，Makefile和hello.c文件保存在同一個目錄下。
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##Makefile ifneq ($(KERNELRELEASE),) MODULE_NAME = helloworld $(MODULE_NAME)-objs := hello.o obj-m := $(MODULE_NAME).o else KERNEL_DIR = /lib/modules/`uname -r`/build MODULEDIR := $(shell pwd) .PHONY: modules default: modules modules: make -C $(KERNEL_DIR) M=$(MODULEDIR) modules clean distclean: rm -f *.o *.mod.c .*.*.cmd *.ko rm -rf .tmp_versions endif |
編譯並運行這個模塊：
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//需要root權限來運行 make insmod helloworld.ko rmmod helloworld.ko |
儘管我們對它的一些細節還不夠了解，它確實神奇的工作了，這個Hello World信息輸出到了屏幕終端上（不是VT），或者系統的Kenrel log裏（/var/log/messages），你可以通過運行dmesg來看到這些信息。
驅動基礎
我們通過分析上面的代碼來了解一個驅動程序的基本概念。
- 頭文件
就像你寫C程序需要包含C庫的頭文件那樣，Linux內核編程也需要包含Kernel頭文件，大多的Linux驅動程序需要包含下面三個頭文件：
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#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> |
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- init.h 定義了驅動的初始化和退出相關的函數，
- kernel.h 定義了經常用到的函數原型及宏定義
- module.h 定義了內核模塊相關的函數、變量及宏。
- 初始化
任何一個驅動都去需要提供一個初始化函數，當驅動加載到內核中時，這個初始化函數就會被自動執行，初始化的函數原型定義如下：
| typedef int (*initcall_t)(void); |
驅動程序是通過module_init宏來聲明初始化函數的：
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static int __init hello_init(void) { printk(KERN_ALERT "Hello World！\n"); return 0; } module_init(hello_init); |
__init 宏告訴編譯器如果這個模塊被編譯到內核則把這個函數放到（.init.text）段，這樣當函數初始化完成後這個區域可以被清除掉以節約系統內存。Kenrel啓動時看到的消息“Freeing unused kernel memory: xxxk freed”同它有關。
初始化函數是有返回值的，只有在初始化成功是才返回0，否則返回錯誤碼（errno）。
- 卸載
如果驅動程序編譯成模塊（動態加載）模式，那麼它需要一個清理函數。當移除一個內核模塊時這個函數被調用執行清理工作。清理函數的函數原型定義爲：
| typedef void (*exitcall_t)(void); |
驅動程序是通過module_exit宏來聲明清理函數的：
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static void __exit hello_exit(void) { printk(KERN_ALERT "Goodbye World！\n"); } module_exit(hello_exit); |
同__init類似，如果驅動被編譯進內核，則__exit宏會忽略清理函數，因爲編譯進內核的模塊不需要做清理工作。顯然，__init和__exit對動態加載的模塊是無效的。
- 版權信息
Linux內核是按照GPL發佈的，同樣Linux的驅動程序也要提供版權信息，否則當加載到內核中是系統會給出警告信息。Hello World例子中的版權信息是GPL。
| MODULE_LICENSE("GPL"); |
後續
這裏你瞭解了一個驅動程序的基本框架，所有的驅動都會包含這些內容。這裏我們沒有對Linux 驅動程序的編譯系統做詳細的介紹，因爲它相對C應用程序的編譯有些複雜。Linux2.6內核採用Kbuild系統做編譯，下一章你會瞭解到Kbuild的詳細內容。