第二章——内核模块

“设备驱动的目的是让设备工作。”
“设备驱动提供机制，但不提供策略。”

 Linux是宏内核的代表；Windows是微内核的代表。
 内核模块是被单独编译的一段代码，可以理解为“应用商店”，其可以动态地加载或卸载。

2.1、第一个内核模块程序

/*vser.c*/
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

//模块初始化函数
int init_module(void) {
    printk("module init
");
    return 0;
}

//模块清空函数
void cleanup_module(void) {
    printk("cleanup init
");
}

 在对应的目录下写makefile即可将此程序生成对应的vser.ko文件。之后可以用：

#扩展GNU make语法
ifneq($(KERNELRELEASE),)
    obj-m := vser.o
else
    KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
	PWD := &(shell pwd)
default:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif

#insmod vser.ko
#dmesg

 成功后可用dmesg查看控制台输出。

rmmod vser

 将模块卸载。

2.2、内核模块的一般形式

 上面的内核模块并非内核模块的一般形式，还有更多可供讨论的细节：

/*vser.c*/
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

//模块初始化函数
static int __init vser_init(void) {
/*
static为了避免因重名带来的重定义问题，这么写让函数成为了内链接；
模块初始化的函数仅会调用一次，执行完成后内存应该释放，加__init有这个效果。
*/
    printk("vser init
");
    return 0;
}

//模块清空函数
static void __exit vser_exit(void) {
    printk("vser_exit
");
}

//所有的模块代码中必须包含下面的代码
module_init(vser_init); //加载到内核
module_exit(vser_exit); //从内核卸载
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); //合法协议

 module_init的使用是强制性的，这个宏会在目标代码中增加一个特殊的段，说明内核初始化函数的位置。没有这个定义，初始化函数永远不会调用。

static int __init initialization_function(void) {
    /*初始化code*/
}
module_init(initialization_function);

2.3、内核模块参数

 内核模块参数类似于argv的作用，希望对内核模块进行控制。
内核支持的参数类型有：bool, invbool, charp, short int long ushort uint ulong。比如说串口驱动想通过传参控制其波特率等：

#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

static int baudrate = 9600; //波特率
static int port[4] = {0, 1, 2, 3}; //端口
static char *name = "vser";

/*这里将三种类型变量声明为了模块参数*/
module_param(baudrate, int, S_IRUGO);
module_param_array(port, int, NULL, S_IRUGO);
module_param(name, charp, S_IRUGO);

static int __init vser_init(void) {

    int i;
    printk("vser init
");
	printk("baudrate=%d
", baudrate);
	printk("port=");
	for(i=0; i<ARRAY_SIZE(port);i++) {
		printk("%d,
", port[i]);
	}
	printk("name=%s
", name);
    return 0;
}

static void __exit vser_exit(void) {
    printk("vser_exit
");
}

module_init(vser_init);
module_exit(vser_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

 如果需要指定模块参数的值，可以用下面的命令：

# modprobe vser baudrate=115200 port=1,2,3,4 name="virtual"

2.4、内核模块和普通程序的差异

1. 内核模块是操作系统的一部分，运行在内核空间；应用程序运行在用户空间；
2. 内核模块的函数是被动调用的；应用程序则是顺序执行，通常进入一个循环反复调用一些函数；
3. 内核模块处于C库之下，不能调用C库的函数，内核有类似的函数提供；
4. 内核有些清除性的工作需要做；
5. 内核模块中存在更多的并发，中断、多处理器等……
6. 整个内核空间调用链上只有4kb或8kb的栈，相对于应用程序来说非常小。如果需要大的内存空间，通常应该动态分配；