Linux编写内核模块及文件读写

sysfs是什么

sysfs是一个基于内存的文件系统,它的作用是将内核信息以文件的方式提供给用户程序使用。该文件系统的目录层次结构严格按照内核的数据结构组织。除了二进制文件外(只有特殊场合才使用),sysfs文件内容均以ASCII格式保存,且一个文件只保存一个数据,另外,一个文件不可大于一个内存页(通常为4096字节)。

项目要求将char数组保存到属性文件,下面将介绍如何完成。

Linux内核模块是什么

内核模块是Linux内核向外部提供的一个插口,其全称为动态可加载内核模块(LoadableKernel Module,LKM),我们简称为模块。Linux内核之所以提供模块机制,是因为它本身是一个单内核(monolithic kernel)。单内核的最大优点是效率高,因为所有的内容都集成在一起,但其缺点是可扩展性和可维护性相对较差,模块机制就是为了弥补这一缺陷。

模块是具有独立功能的程序,它可以被单独编译,但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行,这与运行在用户空间的进程是不同的。模块通常由一组函数和数据结构组成,用来实现一种文件系统、一个驱动程序或其他内核上层的功能。

总之,模块是一个为内核(从某种意义上来说,内核也是一个模块)或其他内核模块提供使用功能的代码块。

 

Linux内核模块编写

首先得包含内核模块编程所需的头文件,一般以下三种需要包含:

linux/module.h,该头文件作用是动态的将模块加载到内核中

linux/kernel.h,该头文件包含了常用的内核函数

linux/init.h,该头文件包含了宏_init和_exit,它们允许释放内核占用的内存

接下来就是模块加载函数和模块卸载函数。

加载函数需要添加_init标识,如

static int __init ***_init(void)

    返回0表示加载成功,失败则返回一些错误代码,参考<linux/errno.h>,在加载函数中一般用于初始化硬件,申请资源。

卸载函数需要添加_exit标识,如

static void __exit ***_exit(void)

一般在该函数完成以下几件事情,        

若模块加载函数中注册了***,则在模块卸载函数中需注销;

    若在模块加载函数中动态申请了内存,则在此亦需要释放;

 

若在模块加载中申请了一些硬件资源(如:IRQ, DMA channel,I/O ,memory),则在此需释放。

然后通过module_init(***_init)函数告诉内核编写的模块从哪里开始执行,参数就是注册函数的函数名;通过module_exit(***_exit)函数告诉内核编写的模块从哪里推出,参数就是卸载函数的函数名。

gcc编译的时候需要加上 modules 参数,表示编译为内核模块,如下图所示


    下面介绍如何在初始化的时候从用户空间读文件内容并写入该内核模块的属性文件中。

 

 

内核模块读写文件

首先简单了解下linux文件读写的工作流程

 

所以,在内核中打开文件,需要通过filp_open 函数,其参数与open函数一样, 原形如下

strcut file* filp_open(const char* filename, int open_mode, intmode);

然后通过get_fs()取得当前的设置,并通过set_fs()改变kernel对内存地址检查的处理方式,其原形如下:

void set_fs(mm_segment_t fs);

然后才能使用vfs_read 和vfs_write这两个函数对文件进行读写。原形如下

ssize_t vfs_read(struct file* filp, char __user* buffer, size_t len,loff_t* pos);

ssize_t vfs_write(struct file* filp, const char __user* buffer,size_t len, loff_t* pos);

最后通过filp_close关闭文件。

具体实现过程如下:

 

内核模块创建属性文件

首先调用kobject_create_and_add函数,动态创建一个kobject结构并注册到sysfs,函数原形如下

struct kobject *kobject_create_and_add(const char *name, structkobject *parent)

接下来属性文件通过函数sysfs_create_file建立。这个也同时建立了文件与操作之间的联系和对应。函数原形如下

int sysfs_create_file(helloworld_kobj, &hello_value_attribute)

当完成前面调用后之后. 调用kobject_put,这样kobject结构在不再使用时将会动态的释放。函数原形如下

void kobject_put(struct kobject *kobj)

具体实现过程如下


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