2.Linux内核模块
Linux设备驱动属于内核的一部分&＃xff0c;Linux内核的一个模块可以以两种方式被编译和加载&＃xff1a;
&＃xff08;1&＃xff09;直接编译进Linux内核&＃xff0c;随同Linux启动时加载&＃xff1b;
&＃xff08;2&＃xff09;编译成一个可加载和删除的模块&＃xff0c;使用insmod加载&＃xff08;modprobe和insmod命令类似&＃xff0c;但依赖于相关的配置文件&＃xff09;&＃xff0c;rmmod删除。这种方式控制了内核的大小&＃xff0c;而模块一旦被插入内核&＃xff0c;它就和内核其他部分一样。
下面我们给出一个内核模块的例子&＃xff1a;
#include //所有模块都需要的头文件
#include // init&exit相关宏
MODULE_LICENSE("GPL");
static int __init hello_init (void)
{
printk("Hello module init\n");
return 0;
}
static void __exit hello_exit (void)
{
printk("Hello module exit\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
分析上述程序&＃xff0c;发现一个Linux内核模块需包含模块初始化和模块卸载函数&＃xff0c;前者在insmod的时候运行&＃xff0c;后者在rmmod的时候运行。初始化与卸载函数必须在宏module_init和module_exit使用前定义&＃xff0c;否则会出现编译错误。
程序中的MODULE_LICENSE("GPL")用于声明模块的许可证。
如果要把上述程序编译为一个运行时加载和删除的模块&＃xff0c;则编译命令为&＃xff1a;
gcc –D__KERNEL__ -DMODULE –DLINUX –I /usr/local/src/linux2.4/include -c –o hello.o hello.c
由此可见&＃xff0c;Linux内核模块的编译需要给gcc指示–D__KERNEL__ -DMODULE –DLINUX参数。-I选项跟着Linux内核源代码中Include目录的路径。
下列命令将可加载hello模块&＃xff1a;
insmod ./hello.o
下列命令完成相反过程&＃xff1a;
rmmod hello
如果要将其直接编译入Linux内核&＃xff0c;则需要将源代码文件拷贝入Linux内核源代码的相应路径里&＃xff0c;并修改Makefile。
我们有必要补充一下Linux内核编程的一些基本知识&＃xff1a;
内存
在Linux内核模式下&＃xff0c;我们不能使用用户态的malloc()和free()函数申请和释放内存。进行内核编程时&＃xff0c;最常用的内存申请和释放函数为在include/linux/kernel.h文件中声明的kmalloc()和kfree()&＃xff0c;其原型为&＃xff1a;
void *kmalloc(unsigned int len, int priority);
void kfree(void *__ptr);
kmalloc的priority参数通常设置为GFP_KERNEL&＃xff0c;如果在中断服务程序里申请内存则要用GFP_ATOMIC参数&＃xff0c;因为使用GFP_KERNEL参数可能会引起睡眠&＃xff0c;不能用于非进程上下文中&＃xff08;在中断中是不允许睡眠的&＃xff09;。
由于内核态和用户态使用不同的内存定义&＃xff0c;所以二者之间不能直接访问对方的内存。而应该使用Linux中的用户和内核态内存交互函数&＃xff08;这些函数在include/asm/uaccess.h中被声明&＃xff09;&＃xff1a;
unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long n);
unsigned long copy_to_user (void * to, void * from, unsigned long len);
copy_from_user、copy_to_user函数返回不能被复制的字节数&＃xff0c;因此&＃xff0c;如果完全复制成功&＃xff0c;返回值为0。
include/asm/uaccess.h中定义的put_user和get_user用于内核空间和用户空间的单值交互&＃xff08;如char、int、long&＃xff09;。
这里给出的仅仅是关于内核中内存管理的皮毛&＃xff0c;关于Linux内存管理的更多细节知识&＃xff0c;我们会在本文第9节《内存与I/O操作》进行更加深入地介绍。
输出
在内核编程中&＃xff0c;我们不能使用用户态C库函数中的printf()函数输出信息&＃xff0c;而只能使用printk()。但是&＃xff0c;内核中printk()函数的设计目的并不是为了和用户交流&＃xff0c;它实际上是内核的一种日志机制&＃xff0c;用来记录下日志信息或者给出警告提示。
每个printk都会有个优先级&＃xff0c;内核一共有8个优先级&＃xff0c;它们都有对应的宏定义。如果未指定优先级&＃xff0c;内核会选择默认的优先级DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL。如果优先级数字比int console_loglevel变量小的话&＃xff0c;消息就会打印到控制台上。如果syslogd和klogd守护进程在运行的话&＃xff0c;则不管是否向控制台输出&＃xff0c;消息都会被追加进/var/log/messages文件。klogd 只处理内核消息&＃xff0c;syslogd 处理其他系统消息&＃xff0c;比如应用程序。
模块参数
2.4内核下&＃xff0c;include/linux/module.h中定义的宏MODULE_PARM(var,type) 用于向模块传递命令行参数。var为接受参数值的变量名&＃xff0c;type为采取如下格式的字符串[min[-max]]{b,h,i,l,s}。min及max用于表示当参数为数组类型时&＃xff0c;允许输入的数组元素的个数范围&＃xff1b;b&＃xff1a;byte&＃xff1b;h&＃xff1a;short&＃xff1b;i&＃xff1a;int&＃xff1b;l&＃xff1a;long&＃xff1b;s&＃xff1a;string。
在装载内核模块时&＃xff0c;用户可以向模块传递一些参数&＃xff1a;
insmod modname var&＃61;value
如果用户未指定参数&＃xff0c;var将使用模块内定义的缺省值。 
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