介紹
本文引用《linux設備驅動開發》書中部分解釋，記錄開篇第一章helloworld程序
以下內容需要掌握如下基礎信息linux模塊概念、鏈接編譯、c語言基礎
內容
helloworld.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
static int __init hellowolrd_init(void) {
pr_info("Hello world!\n");
return 0;
}
static void __exit hellowolrd_exit(void) {
pr_info("End of the world\n");
}
module_init(hellowolrd_init);
module_exit(hellowolrd_exit);
MODULE_AUTHOR("John Madieu <[email protected]>");
MODULE_LICENSE("GPL");
運行make命令之後,它會生成兩個模塊
After running make command, there will be two modules:
- helloworld.ko
- helloworld-params.ko
第一個模塊是基本helloworld驅動程序，第二個也是相同的，但是它接收一些參數，並在內核調試消息中打印這些參數，加載第一個模塊後，將在內核中添加兩個調試消息，
安裝模塊
# insmod ./helloworld.ko
卸載模塊
# rmmod -f helloworld
內核消息
#dmesg
[...]
[38535.487568] Hello world!
[38542.391099] End of the world
對於第二個模塊，可以使用下面方式加載
# insmod ./helloworld-params.ko
如果未提供任何參數，將使用默認值：
$ dmesg
[...]
[37858.595126] Hello world with parameters!
[37858.595129] The *mystr* parameter: hello
[37858.595130] The *myint* parameter: 1
[37858.595131] The *myarr* parameter: 0, 1, 2
[37887.232643] End of the world
我們傳入一些參數之後，將打印出如下消息
# insmod ./helloworld-params.ko mystr="packtpub" myint=255 myarr=23,4,7
# dmesg
[...]
[37892.417968] Hello world with parameters!
[37892.417970] The *mystr* parameter: packtpub
[37892.417971] The *myint* parameter: 255
[37892.417972] The *myarr* parameter: 23, 4, 7
[37895.222808] End of the world
模塊的入點和出點
內核驅動程序都有入點和出點：前者對應於模塊加載時調用的函數（modprobe和insmod，該內容在書中有介紹），後者是模塊卸載時執行的函數（在執行rmmod和modprobe -r 時，該內容書中有介紹）。
main()函數使用C/C++編寫的每個用戶空間程序的入點，當這個函數返回時，程序將退出。而對於內核模塊，情況就不一樣了：入點可以隨意命名，它也不像用戶空間程序那樣在main()返回是退出，其出點在另一個函數中定義，開發人員 要做的就是通知內核把 哪些函數作爲入點或出點來執行。實際上，唯一必須要做的是把它們作爲參數提供爲module_init()和module_exit()宏，將它們標識爲相應的加載和刪除函數。
綜上所述，module_init()用於聲明模塊加載（使用insmod或modprobe）時應該調用的函數。初始化函數中要完成的操作是定義模塊的行爲。module_exit()用於聲明模塊卸載（使用rmmod）時應該調用的函數。
代碼中__init和__exit屬性
__init和__exit實際上是在include/linux/init.h中定義的內核宏，如下所示：
#define __init__section(.init.text)
#define __exir__section(.exit.text)
ELF目標文件
編譯文件工作方式，ELF目標文件有不同的命名部分組成，其中一部分是必需的，它們稱爲ELF標準的基礎，但也可以根據自己的需要構建任一部分，並由特殊程序使用，內核就是這樣做的。如上所屬的內核宏的工作方式，如需要了解它的原理ELF目標文件的可執行和可鏈接格式說明需要了解
可以通過下列命令打印出指定內核模塊module.ko的不同組成部分
~/.../LinuxDeviceDriversDevelopment_Code/Chapter02 >>> objdump -h helloworld.ko
helloworld.ko： 文件格式 elf64-x86-64
節：
Idx Name Size VMA LMA File off Algn
0 .text 00000000 0000000000000000 0000000000000000 00000040 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
1 .init.text 00000015 0000000000000000 0000000000000000 00000040 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, CODE
2 .exit.text 0000000c 0000000000000000 0000000000000000 00000055 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, CODE
3 .rodata.str1.1 00000024 0000000000000000 0000000000000000 00000061 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
4 __mcount_loc 00000008 0000000000000000 0000000000000000 00000085 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, DATA
5 .rodata 0000008c 0000000000000000 0000000000000000 000000a0 2**5
CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, DATA
6 .rodata.str1.8 00000058 0000000000000000 0000000000000000 00000130 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
7 .modinfo 000000af 0000000000000000 0000000000000000 00000188 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
8 .orc_unwind 0000001e 0000000000000000 0000000000000000 00000237 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
9 .orc_unwind_ip 00000014 0000000000000000 0000000000000000 00000255 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, DATA
10 .note.gnu.property 00000030 0000000000000000 0000000000000000 00000270 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
11 .note.gnu.build-id 00000024 0000000000000000 0000000000000000 000002a0 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
12 .note.Linux 00000030 0000000000000000 0000000000000000 000002c4 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
13 .data 00000000 0000000000000000 0000000000000000 000002f4 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
14 .printk_index 00000010 0000000000000000 0000000000000000 000002f8 2**3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, DATA
15 .gnu.linkonce.this_module 000003c0 0000000000000000 0000000000000000 00000340 2**6
CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, DATA, LINK_ONCE_DISCARD
16 .bss 00000000 0000000000000000 0000000000000000 00000700 2**0
ALLOC
17 .debug_info 000038ec 0000000000000000 0000000000000000 00000700 2**0
CONTENTS, RELOC, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
18 .debug_abbrev 00000609 0000000000000000 0000000000000000 00003fec 2**0
CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
19 .debug_aranges 00000060 0000000000000000 0000000000000000 000045f5 2**0
CONTENTS, RELOC, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
20 .debug_ranges 00000030 0000000000000000 0000000000000000 00004655 2**0
CONTENTS, RELOC, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
21 .debug_line 000005a7 0000000000000000 0000000000000000 00004685 2**0
CONTENTS, RELOC, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
22 .debug_str 00003206 0000000000000000 0000000000000000 00004c2c 2**0
CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
23 .comment 00000026 0000000000000000 0000000000000000 00007e32 2**0
CONTENTS, READONLY
24 .note.GNU-stack 00000000 0000000000000000 0000000000000000 00007e58 2**0
CONTENTS, READONLY
25 .debug_frame 00000048 0000000000000000 0000000000000000 00007e58 2**3
CONTENTS, RELOC, READONLY, DEBUGGING, OCTETS
26 .BTF 00000050 0000000000000000 0000000000000000 00007ea0 2**0
CONTENTS, READONLY
如上只有少部分屬於ELF標準
- .text: 包含程序代碼，也稱爲代碼。
- .data: 包含初始化數據，也稱爲數據段。
- .rodata: 用於只讀數據。
- .comment: 註釋。
- 未初始化化的數據段，也稱爲有符號開始的塊（block started by symbol,bss）。
ELF鏈接器
對於代碼程序中內核添加的其他部分，討論爲時過早，我們首先要討論鏈接器是如何將目標程序文件排列，並將相關.init.text鏈接到程序中hellowolrd_init及.exit.text鏈接到程序中hellowolrd_exit
要解釋這一行爲，首先我們要了解一個叫做鏈接器（Linux系統上的ld）程序，該程序負責將符號（數據、代碼等）放置到生成的二進制文件中的適當部分，以便在程序執行時可以被加載器處理。二進制文件中的這些部分可以自定義、更改它們的默認位置，甚至可以通過提供鏈接器腳本[稱爲鏈接器定義文件（LDF）或鏈接器定義腳本(LDS)]來添加其他部分。要實現這些操作只需通過編譯器指令把符號的位置告知鏈接器即可，GUN C編譯器爲此提供了一些屬性。Linux內核提供了一個自定義LDS文件，它位於arch/<arch>/kernel/vmlinux.lds,.s中。對於要放置在內核LDS文件所映射的專用部分中的符號，使用__init和__exit進行標記。
總之，__init和__exit是Linux指令（實際上是宏），他們使用C編譯器屬性指定符號的位置。這些指令指示編譯器將以它們爲前綴的代碼分別放在.init.text和.exit.text部分，雖然內核可以訪問不同的對象部分。