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  • 编写简单的Linux2.6内核模块
      2007-2-25  来源:网络资源  编辑:Jsbulo  热度:

    您的内核必须已经启用这些选项进行了编译:

    
    Loadable module support  --->
    
      [*] Enable loadable module support
      [*]   Module unloading
      [ ]   Module versioning support (EXPERIMENTAL)
      [*]   Automatic kernel module loading
    

    如果按照第一篇教程中的说明编译内核,那么就已经正确地设置了这些选项。否则,修改这些选项,重新编译内核,并引导到新内核。

    一个简单的模块骨架

    首先,找到编译当前 Linux 内核的源代码。将目录切换到 Linux 源代码目录中的 drivers/misc/。现在,拷贝下面的代码并将其粘贴到一个名为 mymodule.c 的文件:

    
    #include <linux/module.h>
    #include <linux/config.h>
    #include <linux/init.h>
    
    static int __init mymodule_init(void)
    {
        printk ("My module worked!\n");
        return 0;
    }
    
    static void __exit mymodule_exit(void)
    {
        printk ("Unloading my module.\n");
        return;
    }
    
    module_init(mymodule_init);
    module_exit(mymodule_exit);
    
    MODULE_LICENSE("GPL");
    
    保存这个文件,并在同一目录下编辑 Makefile 文件。添加这一行:

    
    obj-m += mymodule.o
    
    编译模块:

    
    # make -C <top directory of your kernel source> SUBDIRS=$PWD modules
    
    使用 insmod ./mymodule.ko 加载这个模块,并查看是否打印了您的消息: dmesg | tail。应该会在输出的结束处看到:

    
    My module worked!
    
    现在删除内核模块:rmmod mymodule。再次查看 dmesg;应该会看到:

    
    Unloading my module.
    
    这样您就已经编写并运行了一个新的内核模块!恭喜!

    模块/内核接口

    现在,我们来做一些与您的模块有关的更有趣的事情。要了解的一个关键内容是,模块只能“看到”内核故意让它访问的函数和变量。首先,我们以错误的方式来进行尝试。

    编辑文件 kernel/printk.c,在所有包含文件之后其他全局变量声明附近(但要在所有函数之外)添加下面一行:

    
    int my_variable = 0;
    
    现在重新编译内核并引导到新内核。然后,将下面的内容添加到模块的 mymodule_init 函数起始处,置于其他代码之前。

    
    extern int my_variable;
    printk ("my_variable is %d\n", my_variable);
    my_variable++;
    
    保存修改并重新编译模块:

    
    # make -C <top directory of your kernel source> SUBDIRS=$PWD modules
    
    加载模块(这将失败):insmod ./mymodule.ko。模块的加载会失败,并给出消息:

    
    insmod: error inserting ’./mymodule.ko’: -1 Unknown symbol in module
    
    这说明内核不允许模块访问那个变量。当模块加载时,它必须解析所有外部引用,比如函数名或者变量名。如果它不能找到内核导出的符号列表中所有未解析的名称,那么模块就不能写入那个变量或者调用那个函数。在内核中某个地方有为变量 my_variable 分配的空间,但模块不知道是哪里。

    为解决此问题,我们将把 my_variable 添加到内核导出的符号列表中。在很多内核目录中,都有一个特定的文件,用于导出在那个目录中定义的符号。再次打开 kernel/printk.c 文件,在变量声明之后添加下面一行:

    
    EXPORT_SYMBOL(my_variable);
    
    重新编译并重新引导到新内核。现在再一次尝试加载模块:insmod ./mymodule.ko。这一次,当查看 dmesg 时,应该看到:

    
    my_variable is 0
    My module worked!
    
    重新加载模块:

    
    # rmmod mymodule && insmod ./mymodule.ko
    
    现在应该看到:

    
    Unloading my module.
    my_variable is 1
    My module worked!
    
    每次重新加载那个模块,my_variable 都会增 1。您正在读写一个在主内核中定义的变量。只要被 EXPORT_SYMBOL() 显式地声明,模块就可以访问主内核中的任何变量。例如,函数 printk() 是在内核中定义的,并且在文件 kernel/printk.c 中被导出。

    简单的可引导内核模块是用来研究内核的一个有趣的途径。例如,可以使用一个模块来打开或关闭 printk,方法是在内核中定义一个变量 do_print(它初始化为 0)。然后,让所有 printk 都依赖于“do_print”:

    
    if (do_print) {
        printk ("Big long obnoxious message\n");
    }
    
    然后,只有当您的模块被加载时才打开它。

    模块参数

    引导模块时,可以向它传递参数。要使用模块参数加载模块,这样写:

    
    insmod module.ko [param1=value param2=value ...]
    
    为了使用这些参数的值,要在模块中声明变量来保存它们,并在所有函数之外的某个地方使用宏 MODULE_PARM(variable, type)MODULE_PARM_DESC(variable, description) 来接收它们。type 参数应该是一个格式为 [min[-max]]{b,h,i,l,s} 字符串,其中 min 和 max 是数组的长度限度。如果两者都忽略了,则默认为 1。最后一个字符是类型说明符:

    
    b       byte
    h       short
    i       int
    l       long
    s       string
    

    可以在 MODULE_PARM_DESCdescription 域中添加任何需要的说明符。

    编写使用中断的模块

    现在我们将编写一个模块,其中有一个函数,当内核接收到某个 IRQ 上的一个中断时会调用它。首先,将文件 mymodule.c 拷贝到 myirqtest.c,然后删除函数的内容,只保留返回语句。在编辑器中打开 myirqtest.c,并使用“myirqtest”替换所出现的“mymodule”来修改函数名。另外删除 printk。为了能够使用中断,将下面一行:

    
    #include <linux/interrupt.h>
    


    加入到文件的顶部。

    使用 cat /proc/interrupts 找出正在使用的中断。第一列显示出正在使用的中断号,第二列是机器自最后一次引导后在那个 IRQ 上发行了多少次中断,第三列是使用这个 IRQ 的设备。在这个示例中,我们将研究来自网络接口的中断,并使用两个模块参数 interfaceirq 来指明我们要使用的接口和 IRQ 行。

    为了使用模块参数,要声明两个变量来存放它们,并使用 MODULE_PARMMODULE_PARM_DESC 来捕获参数。此代码应该放置在所有函数之外的某个地方:

    
    static int irq;
    static char *interface;
    
    MODULE_PARM(interface, "s");
    MODULE_PARM_DESC(interface, "A network interface");
    MODULE_PARM(irq, "i");
    MODULE_PARM_DESC(irq, "The IRQ of the network interface");
    


    函数 request_irq() 将您的函数添加到选定的 IRQ 行的处理程序列表,每当接收到那个行上的一个中断时,可以使用它打印一条消息。现在,我们需要在函数 myirqtest_init 中请求网络设备的 IRQ。 request_irq 的定义如下:

    
    int request_irq(unsigned int irq,
        void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),
        unsigned long irqflags,
        const char *devname,
        void *dev_id);
    


    irq 是中断号。我们将使用从模块参数获得的值。handler 是一个指针,指向处理中断的函数。我们将使用 SA_SHIRQ 作为 irqflags 的值,表明我们的处理程序支持与其他处理程序共享 IRQ。 devname 是设备的简称,显示在 /proc/interrupts 列表中。我们将使用 interface 变量中的值,它是作为模块参数接收到的。

    dev_id 参数是设备 ID。这个参数通常设置为 NULL,但是,如果需要共享 IRQ,以使得稍后那个 IRQ 被 free_irq() 释放时,正确的设备会被放开,那么它需要是 non-NULL 的。由于它是 void *,所以它可以指向任何内容,不过,通常的做法是传递驱动程序的设备结构体。在此,我们将使用一个指向 irq 变量的指针。

    如果成功,request_irq() 将返回 0。

    编写完代码后,myirqtest_init() 应该类似如下:

    
    static int __init myirqtest_init(void)
    {
        if (request_irq(irq, &myinterrupt, SA_SHIRQ, interface, &irq)) {
            printk(KERN_ERR "myirqtest: cannot register IRQ %d\n", irq);
            return -EIO;
        }
        printk("Request on IRQ %d succeeded\n", irq);
    
        return 0;
    }
    


    如果 request_irq() 没有返回 0,则是出了一些错误, IRQ 不能被注册,所以我们打印一条错误消息并返回错误代码。

    现在,当卸载那个模块时,我们还需要释放那个 IRQ。此任务由 free_irq 来完成,它使用中断号和设备 ID 作为参数。中断号保存在 irq 变量中,并且我们使用指向它的指针做为设备 ID,所以需要做的就是将下面的代码添加到 myirqtest_exit() 的开头:

    
        free_irq(irq, &irq);
        printk("Freeing IRQ %d\n", irq);
    


    其余要做的全部事情就是编写 myinterrupt() 处理程序函数。它的声明已经间接通过 request_irq() 的参数说明了:void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *)。第一个参数是中断号,第二个参数是在 request_irq 中所使用的设备 ID,第三个参数持有一个指向某个结构体的指针,结构体中容纳的是在服务那个中断之前的处理器寄存器和状态。

    如果不去查看处理器寄存器,我们就不能知道中断是来自我们的设备还是来自共享同一 IRQ 的某些其他设备。在本例中,令人满意的是,中断发生在指定的 IRQ 上。当编写真正的驱动程序时,执行对此的检查很重要,如果处理程序发现中断由另一个设备所使用,那么它应该立即返回值 IRQ_NONE,而不去处理那个中断。如果中断来自我们的设备,而且处理程序被正确调用,那么应该返回 IRQ_HANDLED。这些操作是与硬件相关的,在此不再论述。

    所以,每当在指定的 IRQ 上有一个中断时,myinterrupt() 函数都会被调用。发生此事件时我们会执行打印输出,但是希望限制输出的数量,所以将像先前建议的那样去做,只打印输出前 10 个中断。

    还需要从这个函数返回某些内容。由于这不是一个真正的驱动程序,而只是研究中断,所以应该返回 IRQ_NONE。通过返回 IRQ_HANDLED,我们可以宣称这是设备的真正驱动程序,不需要任何其他驱动程序来处理这个中断(在本例中并不是这样)。

    这里是 myinterrupt() 的最终代码:

    
    static irqreturn_t myinterrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
    {
        static int mycount = 0;
    
        if (mycount < 10) {
            printk("Interrupt!\n");
            mycount++;
        }
    
        return IRQ_NONE;
    }
    


    这样就完成了!将下面一行:

    
    obj-m += myirqtest.o
    


    添加到此目录中的 Makefile,并使用下面的命令编译模块:

    
    # make -C <top directory of your kernel source> SUBDIRS=$PWD modules
    


    现在插入模块(将参数值设置为在系统中可以生效的值,见 cat /proc/interrupts):

    
    insmod myirqtest.ko interface=eth0 irq=9
    


    查看 dmesg 的打印输出。它应该类似如下:

    
    Request on IRQ 9 succeeded
    Interrupt!
    Interrupt!
    Interrupt!
    Interrupt!
    Interrupt!
    


    最多有 10 行“Interrupt!”,因为我们限制打印输出的数目最多那么多。现在,卸载模块:

    
    rmmod myirqtest
    


    IRQ 现在应该被我们的处理程序释放了。查看 dmesg 的输出。它应该类似如下:

    
    Freeing IRQ 9
    


    现在就已经完成了您自己的使用中断的内核模块!去研究您的新内核模块吧 —— 模块是非常有趣的!