Linux_Kernel

如何编写一个简单地内核模块

Linux给应用程序提供了丰富的api，但是有时候我们需要跟硬件交互，访问一些特权级信息，所以可以使用编写内核模块这种方式。
另外Linux是宏内核结构，效率非常高，没有微内核那样各个模块之间的通讯损耗，但是又不能方便的对内核进行改动，可扩展性和可维护性比较差，内核模块提供了一种动态加载代码的方式，弥补了宏内核的不足。

步骤

  • 首先需要xxx.c原文件存放代码，Makefile用来编译xxx.c文件。

  • 编写内核模块源文件

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    // lkm_example.c
    #include <linux/init.h> 	//必须包含，里面定义了__init和__exit两个宏，分别用来指定模块初始化函数和模块卸载函数
    #include <linux/module.h>	//必须包含，定义了动态加载内核模块所需的必要信息
    #include <linux/kernel.h>	//包含了内核常用API，比如内核打印函数printk()

    //__init会将lkm_example_init函数标记为初始化函数，模块被装载到内核时会调用该函数。
    static int __init lkm_example_init(void) {
            printk(KERN_INFO "Hello, World!\n");	//
            return 0;
    }

    //模块被卸载时被调用
    static void __exit lkm_example_exit(void) {
            printk(KERN_INFO "Goodbye, World!\n");
    }

    module_init(lkm_example_init);	//引导内核加载模块
    module_exit(lkm_example_exit);	//引导内核卸载模块

    MODULE_LICENSE("GPL");	//必选项 模块许可证,如果没有添加模块许可证，会收到内核被污染的警告
    MODULE_AUTHOR("YIFEI");	//可选 模块作者
    MODULE_DESCRIPTION("linux module");	//可选 模块描述
    MODULE_VERSION("0.01");	//可选项 模块版本

  • 编写Makefile文件

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    obj-m += lkm_example.o

    all:
            make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
    #-C选项：此选项指定内核源码的位置，make在编译时将会进入内核源码目录，执行编译，编译完成时返回。
    #这个build/目录是一个软连接，链接到源码头文件的安装位置。
    #M=$(PWD)：需要编译的模块源文件地址

    clean:
            make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

  • 执行make编译模块

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    $ make

  • 装载模块

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    $ sudo insmod lkm_example.ko

  • 查看装载的模块

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    $ lsmod

  • 卸载模块

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    $ sudo rmmod lkm_example.ko

  • 查看打印的日志

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    $ sudo dmesg
    [75789.276382] Hello, World!
    [75789.307013] Goodbye, World!

  • 可以在Makefile最后添加以下代码，将测试流程自动化，每次只需执行 make test.

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    test:
            sudo dmesg -C
            sudo insmod lkm_example.ko
            sudo rmmod lkm_example.ko
            dmesg

其他知识点

  • 往内核模块传参数
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    static int pid = -1;
    module_param(pid,int,S_IRUGO);
    /*
    在内核模块中定义一个全局变量，然后用module_param声明一下
    	参数一:表示参数的名字;
        参数二:表示参数的类型;
        参数三:表示参数的访问权限,S_IRUGO表示参数可以被所有人读取, 但是不能改变。
    		#define S_IRWXU 00700
    		#define S_IRUSR 00400
    		#define S_IWUSR 00200
    		#define S_IXUSR 00100
    		#define S_IRWXG 00070
    		#define S_IRGRP 00040
    		#define S_IWGRP 00020
    		#define S_IXGRP 00010
    		#define S_IRWXO 00007
    		#define S_IROTH 00004
    		#define S_IWOTH 00002
    		#define S_IXOTH 00001
    当往模块传数组类型的参数时
    module_param_array(name, type, num, perm);
    	name:表示数组的名字;
        type:表示参数的类型;
        num :表示数组中元素数量;
        perm:表示参数的访问权限;
    */

模块间函数调用

  • ma.c

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    #include <linux/module.h>

    int b=0;

    void fun1(){
            int a=0;
            a++;
            b++;
            printk("%d %d \n",a,b);
    }

    EXPORT_SYMBOL(fun1);

  • ma.c的Makefile

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    obj-m += ma.o

    all:
            make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

    clean:
            make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

  • mb.c

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

    extern void fun1();

    static int __init mb_init(void){
            printk("hello\n");
            fun1();
    }

    static int __exit mb_exit(void){
            printk("goodbye\n");
    }

    module_init(mb_init);
    module_exit(mb_exit);

    MODULE_LICENSE("GPL");

  • mb.c的Makefile

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    -m += mb.o

    KBUILD_EXTRA_SYMBOLS=/home/yifei/src/module_test/ma/Module.symvers #去该目录查找ma.ko的符号表

    all:
            make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

    clean:
            make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

执行过程:

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#要先插入ma.ko模块，再插入mb.ko.删除模块时顺序相反。
cd ma
make
insmod ma.ko

cd ../mb
make
insmod mb.ko
dmesg

rmmod mb.ko
rmmod ma.ko

Q&A

  • printk()使用方法。

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    printk相比printf来说还多了个：日志级别的设置，用来控制printk打印的这条信息是否在终端上显示的，当日志级别的数值小于控制台级别时，printk要打印的信息才会在控制台打印出来，否则不会显示在控制台！

    在我们内核中一共有8种级别，他们分别为:
    #define	KERN_EMERG		"<0>"	/* system is unusable			*/
    #define	KERN_ALERT		"<1>"	/* action must be taken immediately	*/
    #define	KERN_CRIT		"<2>"	/* critical conditions			*/
    #define	KERN_ERR		"<3>"	/* error conditions			*/
    #define	KERN_WARNING	"<4>"	/* warning conditions			*/
    #define	KERN_NOTICE		"<5>"	/* normal but significant condition	*/
    #define	KERN_INFO		"<6>"	/* informational			*/
    #define	KERN_DEBUG		"<7>"	/* debug-level messages			*/

  • 执行make编译内核模块时遇到签名验证失败时，在Makefile开始添加：

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    CONFIG_MODULE_SIG=n	#关闭签名验证

  • 根据pid获取可执行文件的绝对路径
    https://www.cnblogs.com/ddk3000/p/5051111.html

参考

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