Linux驅動-內核模塊參數
一、概述
前面幾篇文章中，我們簡單說了一個簡單的內核模塊的編寫。在那裏我說過模塊加載函數接收參數。那麼如果我們想要通過傳參對模塊進行控制那不是很難辦到了。別急，Linux提供了一種命令行的方式來傳遞參數信息，就是所謂的模塊參數。
模塊參數：簡單來說模塊參數允許用戶再加載模塊時通過命令行指定參數值，在模塊的加載過程中，加載程序會得到命令行參數，並轉換成相應類型的值，然後複製給對應的變量，這個過程發生在調用模塊初始化函數之前。
內核支持的參數類型主要有：bool、字符串指針、short、int、long、ushort、uint、ulong。這些類型又可以複合成對應的數組類型。
下面申明兩個變量，用於將變量申明爲模塊參數。
module_param(name,type,perm);
module_param_array(name,type,nump,perm);
@name:變量的名字
@type:變量或數組元素的類型
@nump:數組元素個數的指針，可選
@perm:在sysfs文件系統中對應的文件的權限屬性。可參考 <linux/stat.h>,和普通文件的權限一樣，但是當perm爲0時， sysfs文件文件系統中將不會出現對應的文件。
//備註一下，sysfs文件系統可用於內核和應用程序間通信的一種方式
下面來舉個例子，還是利用前面的代碼：
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
static int baudrate = 9600;
static int port[4] = {0,1,2,3};
static char *name = "vser";
module_param(baudrate,int,S_IRUGO);
module_param_array(port,int,NULL,S_IRUGO);
module_param(name,charp,S_IRUGO);
static int __init hello_init(void)
{
int i;
printk("init module:hello world!\n ");
printk("baudrate:%d\n");
for(i = 0;i < ARRAY_SIZE(port);i++)
{
printk("%d",port[i]);
}
printk("\n");
printk("name: %s\n",name);
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
{
printk("exit module:hello_exit!\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Fan <[email protected]>");
MODULE_DESCRIPTION("A hello module");
MODULE_ALIAS("printf_hello");
編譯完成後，加載模塊。如果不指定模塊參數的值，那麼就會打印函數中已 經定義的值。如果按照如下指定：
# depmod
# modprobe vser baudrate=115200 port=1,2,3,4 name="hello"
# dmesg
我們會發現內核會按照我們指定的參數進行打印，而原來的參數值會被覆蓋掉。
同樣的我們可以去/sys/mododule/hello/ 目錄下面去看看我們給參數。
二、內核模塊的依賴關係
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在前面的代碼中，我們使用了printk函數。我們知道他是內核函數，可是我們在只build模塊的情況下，原來的代碼竟然build過了。這是爲什麼呢？
原來，我們剛纔的代碼並沒有僅僅是進行了編譯並沒有進行鏈接。編譯出來的hello.ko文件是一個普通的ELF目標文件，使用file命令和nm命令可以得到該模塊的相關的細節信息。
# file hello.ko # nm hello.ko此時呢，printk對整個文件而言是一個未決符號，因爲他放在其他文件中(內核源碼：/kernel/printk/printk.c)。所以我們編譯時並不知道這個函數的地址，那麼我們該怎麼解決呢？其實這裏Linux使用了一個很巧妙的類似於動態鏈接的方式。下面來說明一下：
首先介紹一下EXPORT_SYMBOL的宏將printk導出，其目的是爲動態加載的模塊提供地址信息。(當然啦，此處我們也可以使用另一個宏：EXPORT_SYMBOL_GPL來進行導出）
我們可以在Linux的源碼該函數的實現代碼中找到這樣一行代碼：
EXPORT_SYMBOL(printk);其目的是爲動態加載的模塊提供printk的地址信息。
工作原理大概是這樣的：利用EXPORT_SYMBOL宏生成一個特定的結構並放到ELF文件的一個特定的段中，在內核的啓動過程中，會將符號確切地址填充到這個結構的特定成員中。模塊加載時，加載程序將去處理未決符號，在特殊段彙總搜索符號的名字，如果找到，則將獲得的地址填充在被加載模塊的相應段中，這樣符號的地址就可以確定了。利用這種方式處理未決符號，就相當於把連接的過程推後進行了動態鏈接。和普通的應用程序使用共享庫函數的道理是類似的。內核中有大量的符號導出，爲模塊提供豐富的基礎設施。
同樣的，推廣一下，如果一個模塊需要提供全局變量或函數給到另外的模塊使用，那麼就需要將這些符號導出。
這樣細心的小夥伴就會發現了，兩個模塊之間會存在依賴關係。
爲了方便我們這裏命名兩個不同的模塊：模塊A、模塊B。
模塊A提供給了模塊B一些全局變量和全局函數。
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如果我們在使用insmod命令加載模塊B時，就必須先加載模塊A。因爲模塊B使用了模塊A導出的符號。如果沒有加載模塊A而先加載模塊B，那麼加載時就會失敗，因爲加載過程中因爲處理那些未決符號而失敗。
這裏我們要說明一下，上一篇博客提到的模塊加載指令modprobe命令優於insmod的地方了。modprobe可以自動加載被依賴的模塊，而這又歸功於depmod命令將會生成模塊的依賴信息保存在/lib/modules/3.14.0-32-gener.c/modules.dep文件中。3.14.0-32-gener.c爲內核源碼版本。
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因爲兩個模塊存在依賴關係，如果分別編譯連個模塊，將會出現警告，並且幾遍加載順序正確，加載也不會成功。
這是因爲，在編譯模塊時，模塊B在內核符號表中找不到由模塊A提供的一些函數和變量，而這些符號也不知道模塊A的存在。解決的辦法有兩個：1.將兩個模塊一起編譯。2.將模塊A放到內核源碼中，現在內核源碼下編譯完所有的模塊再編譯模塊B。
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卸載模塊時，要先卸載模塊模塊B，在卸載模塊A。否則，因爲模塊A會被模塊B使用而無法卸載。
內核將會創建模塊依賴關係的鏈表，只有當這個模塊的依賴鏈表爲空時，模塊才能被卸載。
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三、總結
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Linux內核是一個開源的項目，世界上有很多優秀的開發者在對齊進行着維護。爲了與時俱進，Linux內核也在不斷的更新換代。而這對於我們這些內核開發者而言，影響是巨大。因爲每一次更新換代，Linux就有可能將一些以前的接口等進行修改，或者直接被剔除內核。那麼如果改動了，我們之前編寫的內核模塊的調用的接口部分，那麼對我們的影響是巨大的。內核模塊.ko文件中會記錄內核源碼信息、系統結構想你想、函數接口信息等，在開啓版本控制選項的內核中加載一個模塊時，齧合將覈對這些信息，如果不一致就會拒絕加載。所以呢，作爲一個內核開發者，我們應該時刻關注Linux版本的更新詳情。當然啦，如果你一直用同一個版本進行開發，而不到算進行跟換內核版本的話也是沒有影響的。
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下面總結一下內核莫誇與普通應用程序之間的區別：
- 內核模塊時操作系統的一部分，運行在內核空間；而應用程序運行在用戶空間。
- 內核模塊中的函數是被動的調用，比如模塊的初始化函數和清除函數分別在模塊加載和卸載時調用，而應用程序則是順序執行，然後通常進入一個循環反覆調用某些函數。
- 內核模塊處於C函數庫之下，自然不能調用C庫函數，當然啦，內核源碼中會有相似的實現，例如printk函數；而應用程序卻可以隨意調用C庫函數。
- 內核模塊要做一些清除性的工作，比如在一個操作失敗後或者在誒和的清除函數中；而應用程序的有些工作通常可以不用做，比如在程序退出前關閉打開的文件。因爲操作系統(內核)會幫它去做。
- 內核模塊如果產生了非法訪問將會導致整個系統的崩潰(如野指針)，所以在進行內核塊編程的時候，一定要注意指針的使用；而應用程序訪問了非法內存只會影響自己，因爲操作系統(內核)會幫它去處理。
- 內核模塊中的併發更多，比如中斷、多處理器；而應用程序中一般只考慮多進程或多線程。
- 整個內核的空間調用鏈上只有4kb或8kb的棧，相對於應用程序來說非常的小。如果需要更大內存空間通常需要動態分配。
- 雖然printk和printf的行爲非常相似，但是通常printk不支持浮點數，例如要打印一個浮點變量。編譯時會出現警告，並且模塊也不會加載成功。內核開發中應該避免使用浮點數。
好啦，說了這麼多。下一步分開始字符設備的驅動了。