第12章 添加最简单的Linux内核模块
Linux设备驱动程序原理及框架-内核模块入门篇
Linux设备驱动程序原理及框架-内核模块入门篇内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块内核模块介绍Linux采用的是整体式的内核结构，这种结构采用的是整体式的内核结构，采用的是整体式的内核结构的内核一般不能动态的增加新的功能。
为此，的内核一般不能动态的增加新的功能。
为此，Linux提供了一种全新的机制，叫(可安装) 提供了一种全新的机制，可安装) 提供了一种全新的机制模块” )。
利用这个机制“模块”(module)。
利用这个机制，可以)。
利用这个机制，根据需要，根据需要，在不必对内核重新编译链接的条件将可安装模块动态的插入运行中的内核，下，将可安装模块动态的插入运行中的内核，成为内核的一个有机组成部分；成为内核的一个有机组成部分；或者从内核移走已经安装的模块。
正是这种机制，走已经安装的模块。
正是这种机制，使得内核的内存映像保持最小，的内存映像保持最小，但却具有很大的灵活性和可扩充性。
和可扩充性。
内核模块内核模块介绍可安装模块是可以在系统运行时动态地安装和卸载的内核软件。
严格来说，卸载的内核软件。
严格来说，这种软件的作用并不限于设备驱动，并不限于设备驱动，例如有些文件系统就是以可安装模块的形式实现的。
但是，另一方面，可安装模块的形式实现的。
但是，另一方面，它主要用来实现设备驱动程序或者与设备驱动密切相关的部分(如文件系统等)。
密切相关的部分(如文件系统等)。
课程内容内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块应用层加载模块操作过程内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，并且创建好该系统中的硬件设备的列表树：文件系统。
且创建好该系统中的硬件设备的列表树：/sys 文件系统。
(udev 服务就是通过读取该文件系统内容来创建必要的设备文件的。
)。
LINUX内核模块编程指南
LINUX内核模块编程指南Linux内核模块编程是一种在Linux操作系统中向内核添加新功能的方法。
内核模块是一段特殊的代码，可以被编译并加载到内核中，从而实现对操作系统底层的修改和扩展。
下面将介绍一些关键的步骤和注意事项，以帮助初学者入门Linux内核模块编程。
首先，要编写一个内核模块，需要有合适的开发环境。
一般来说，需要一台运行Linux的计算机，并安装有相应的开发工具链（如GCC编译器）和Linux内核源代码。
编写内核模块的第一步是定义模块的入口函数。
在C语言中，入口函数的原型通常是`int init_module(void)`。
在该函数中，可以注册一些回调函数来处理特定的事件，或者进行其他必要的初始化工作。
接下来，可以添加自定义的函数和数据结构，以实现模块的功能。
这些函数和数据结构可以被其他模块或内核中的其他代码调用和使用。
由于内核是一个复杂的系统，因此在编写内核模块时需要特别关注数据的正确性和同步性。
在编写模块的过程中，还需要了解一些内核编程的特殊机制，如内核的锁机制、中断处理和内存管理等。
对这些内容的学习需要一定的时间和精力，但是它们是实现高性能和高可靠性内核模块的关键。
完成模块的编写后，需要对其进行编译和加载。
一般来说，可以使用Makefile来编译模块，并且可以使用insmod命令来加载模块。
加载模块时，内核将会调用模块的入口函数，从而完成初始化工作。
在模块编写和调试的过程中，需要注意一些常见的问题。
例如，内核模块应该遵守内核的编程规范和风格，避免对内核进行不必要的修改或侵入。
此外，要时刻注意内存管理和锁机制，以防止出现内存泄漏或并发访问的问题。
最后，需要强调的是，Linux内核模块编程是一项复杂而底层的技术。
对于初学者来说，学习和掌握这些知识需要一定的时间和耐心，并且需要有一定的计算机基础和编程经验。
但是，一旦熟练掌握了这些技术，就能够更加深入地了解和使用Linux操作系统，并且为其添加新的功能。
linux 内核 模块 路径
linux 内核模块路径【最新版】目录1.Linux 内核模块的概述2.Linux 内核模块的编写方法3.Linux 内核模块的优点和缺点4.如何使用 Linux 内核模块5.总结正文一、Linux 内核模块的概述Linux 内核模块是一种可以直接插入到 Linux 内核中的二进制代码，它在 Ring 0（x86_64 处理器中执行最低和受保护程度最低的执行环）上运行，拥有最高的权限。
它可以访问系统中的所有内容，并且运行速度很快。
在 Linux 系统中，内核模块可以实现与硬件的交互和访问系统中特权信息的操作。
二、Linux 内核模块的编写方法编写 Linux 内核模块的方法相对较为复杂，需要对 Linux 内核的架构和编程模型有一定的了解。
一般来说，编写 Linux 内核模块需要以下几个步骤：1.创建一个新的内核模块目录，例如：“my_module”。
2.在“my_module”目录下创建一个名为“Makefile”的文件，用于指定内核模块的编译规则。
3.在“my_module”目录下创建一个名为“hello.c”的文件，用于编写内核模块的源代码。
4.使用“make”命令编译内核模块，生成一个名为“hello.ko”的二进制文件。
5.使用“sudo insmod”命令将编译好的内核模块加载到 Linux 内核中。
6.使用“lsmod”命令查看已经加载的内核模块，使用“dmesg”命令查看内核日志，可以看到模块已经被加载。
三、Linux 内核模块的优点和缺点Linux 内核模块的优点在于它可以直接插入到 Linux 内核中，运行速度快，并且可以访问系统中的所有内容。
这使得内核模块在需要与硬件交互或者访问系统特权信息时非常有用。
然而，Linux 内核模块也有一些缺点。
首先，内核模块的编写难度较大，需要对 Linux 内核的架构和编程模型有一定的了解。
其次，内核模块的编写和加载需要特定的权限，普通用户无法进行。
第12章 Linux操作系统概述
完善的内置网络是Linux的一大特点。Linux在通信和网络功能方面优于其他操作系统。
7可靠的系统安全
Linux采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、
核心授权等，这为网络多用户环境中的用户提供了必要的安全保障。
8良好的可移植性
可移植性是指将操作系统从一个平台转移到另一个平台使它仍然能按其自身的方式运行的能
表1.5 /proc 文件系统中的文件和目录
/proc/1 /proc/cpuinfo /proc/devices /proc/dma /proc/ /proc/interrupts /proc/ioports /proc/kcore
该目录中包含进程号为 1 的进程信息。每个进程在 /proc 目录下有 一个以自己的进程号为名称的目录。 有关 CPU 名称、型号、性能和类型的信息。
spool
3. Linux文件结构
1.1.2 Linux 的组成
名称 root
角色
root 文件系统中的内容包括：引导系统的必备文件，文件系统的挂装信息以及系统修复工 具和备份工具等。
/usr /var
/usr 文件系统中包含通常操作中不需要进行修改的命令程序文件、程序库、手册和其他文 档等。
/var 文件系统中包含经常变化的文件，例如打印机、邮件、新闻等的假脱机目录、日志文 件、格式化后的手册页以及临时文件等。
/vmlinuz
表1.2 root 文件系统中的文件和目录 文件。系统的标准引导映像，通常以压缩形式出现。
/bin
包含引导过程必需的命令，也可由普通用户使用。
/sbin /etc
和 /bin 类似，尽管其中的命令可由普通用户使用，但由于这些命令属于系统级命令，因 此无特殊需求不使用其中的命令。
Linux内核模块使用指南
Linux内核模块使用指南一、模块简介Windows NT是一种微内核的结构，其内核的功能块被划分成独立的模块，在这些功能块之间有严格的通信机制；而Linux则不同，它是一种monolithic（单一大块）结构，也就是说，整个内核是一个单独的、非常大的程序。
在这种结构中，部件的添加和删除都相当麻烦，需要重新编译内核。
为了解决这个问题，不知道从哪个版本的内核开始，Linux引入了一种称为module （模块）的技术，可以把某些功能代码作为模块动态装载到内核中使用。
模块是一种目标对象文件，需要在内核空间执行，可以把它看作是一组已经编译好而且已经链接成可执行文件的程序。
在需要的时候，内核就会实用某种方法调用这些程序来执行特定的操作，实现特定的功能。
内核在内核符号表中维护了一个模块的链表，每个符号表对应一个模块，在把模块加载进内核时正确地对其进行解释，并将模块作为内核的一部分来执行；加载进内核中的模块具有所有的内核权限。
模块可以在系统启动时加载到系统中，也可以在系统运行的任何时刻加载；在不需要时，可以将模块动态卸载。
这样就不用每次修改系统的配置时都要重新编译内核了。
二、模块的优缺点内核模块的这种动态装载特性具有以下的优点：1、可以把内核映像文件保持在最小。
在编译内核时可以选择把一部分内容当成模块进行编译，这样在最终生成的内核映像文件中就可以不包含这部分内容，从而生成最小的内核映像文件。
2、灵活性好。
如果需要实用新的模块，不必重新编译内核，只要把新的模块编译后装载进系统中就可以了。
如果对内核源程序进行了修改，也不需要重新编译整个内核，只需要修改对应的部分就可以了。
但是，内核模块的引入也带来了一些问题：1、这种动态加载的特性不利于系统的性能和内存的利用，会带来负面的影响。
2、装入内核的模块和其他内核部分一样具有最高的权限，使用不当就可能引起系统的崩溃。
3、内核版本和模块版本的不兼容也会导致系统的崩溃，因此必须进行严格的版本检查，这样就使模块的编写变得更加复杂了。
linux内核模块
Linux内核模块Linux设备驱动会以内核模块的形式出现，因此学会编写Linux内核模块编程是学习linux设备驱动的先决条件。
1.1linux内核模块简介Linux内核的整体结构非常庞大，其包含的组件非常多。
我们如何把需要的部分都包含在内核中呢？●把需要的功能都编译到linux内核。
●以模块方式扩展内核功能。
为了使学生对模块建立初步的感性认识，我们先来看一个最简单的内核模块”hello world”,代码如下：#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");static int hello_init(void){printk("hello world\n”);return 0;}static void hello_exit(void){printk(1 "hello module exit\n ");}module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);MODULE_AUTHOR("zky");MODULE_DESCRIPTION("A simple hello Module ");MODULE_VERSION("V1.0");这个最简单的内核模块只包含内核加载函数、卸载函数和对Dual BSD/GPL许可权限的声明以及一些描述信息。
编译会产生hello.ko目标文件，通过”insmod ./hello.ko”命令可以加载它，通过”rmmod hello”命令可以卸载它，加载时输出”hello world”，卸载时输出”hello module exit”,查看输出信息可通过dmesg命令。
内核模块中用于输出的函数式内核空间的printk()而非用户空间的printf(),printk()的用法和printf()相似，但前者可定义输出级别。
linux 内核 模块 路径
linux 内核模块路径（原创实用版）目录1.Linux 内核模块的概述2.Linux 内核模块的编写方法3.如何编写一个简单的 Linux 内核模块4.Linux 内核模块的使用与加载5.总结正文一、Linux 内核模块的概述Linux 内核模块是一种可以扩展 Linux 内核功能的机制，它是一段编译后的二进制代码，可以直接插入到 Linux 内核中，并在 ring0（x86_64 处理器中执行最低和受保护程度最低的执行环）上运行。
内核模块可以访问系统中的所有内容，但运行速度很快且不受检查。
二、Linux 内核模块的编写方法要编写一个 Linux 内核模块，首先需要了解 Linux 内核的架构和相关 API。
通常，我们需要创建一个源文件（例如：hello.c），然后在其中包含必要的头文件（如：linux/init.h、linux/module.h 和linux/kernel.h 等），并声明模块的许可证和作者信息。
接下来，编写模块的初始化函数（如：helloinit()）和清洁函数（如：hello_exit()），以及实现模块功能的函数（如：hello_world() 等）。
最后，使用 make 命令编译模块，并使用 insmod 命令加载到内核中。
三、如何编写一个简单的 Linux 内核模块以下是一个简单的 Linux 内核模块示例：1.创建一个源文件 hello.c，包含以下代码：```c#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h> MODULELICENSE("GPL"); MODULEAUTHOR("tang");static int helloinit(void){printk(KERN_INFO "Hello, world! ");return 0;}static void hello_exit(void){printk(KERN_INFO "Goodbye, world! ");}module_init(helloinit);module_exit(hello_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("tang");MODULE_DESCRIPTION("A simple Linux kernel module");```2.使用 make 命令编译模块：```bashmake -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$(pwd) modules```3.使用 insmod 命令加载模块：```bashsudo insmod hello.ko```4.使用 lsmod 和 dmesg 命令查看已加载的内核模块和模块日志：```bashlsmoddmesg```四、Linux 内核模块的使用与加载在实际开发过程中，我们可能会遇到需要访问系统特权信息或与硬件交互的情况，这时就需要使用内核模块。
linux内核动态加载模块
linux内核动态加载模块一、安装内核模块:一般步骤：(1) 在/usr/src/linux/下运行make menuconfig把需要编译成模块的项打上(M)，保存并退出。
(2) 运行make modules，这一步将在/usr/src/linux/下生成*.o或*.ko文件。
(3) 运行make modeules_install来安装,这步会把生成的.o或ko 文件拷贝到/lib/modules/`uname -r`/下。
如果你只要编译某一个或几个模块，就可以用下面这个快速的方法：(1) 找到编译内核所需要的.config文件。
在/usr/src/linux/arch目录下有若干编译内核所用的配置。
选择我们想要的配置，将它复制到/usr/src/linux目录下，改名为.config。
cp /usr/src/linux/arch/x86/xxconfig /usr/src/linux/.config(2) 修改.config文件，去掉不用的模块，加上自己想要的模块。
打开.config，有许多XXXX=m的项，这些都是要被编译为模块的项，因为我们不希望编译这些模块，所以要把XXXX=m的项统统去掉。
然后再加上我们想要的模块，例如将# CONFIG_NTFS_FS is not set 改为CONFIG_NTFS_FS=m 当然，可以用你熟悉各种工具来做这件事。
(3) 编译NTFS模块。
在/usr/src/linux目录下运行命令make modules来编译我们想要的模块。
(4) 安装模块。
编译后得到的.o文件在/usr/src/linux/目录下，手动将它复制到正确的目录下。
例如cp /usr/src/linux/fs/ntfs/ntfs.o /lib/modules/2.2.16-22/fs/注意：千万不能运行命令make modules_install，否则将带来严重的后果，它会删除你系统中的所有模块，只安装刚刚编译的模块（ntfs.o）。
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endif
Makefile完整代码 教材P.159 内核编译需要Linux内核文件的支持。 /$(shell uname -r)/的作用 编译命令： kello.c和Makefile存储目录下执行make
实验1 添加最简单的Linux内核模块 总结
表12.1 基于C语言的应用程序与内核模块的差异 应用程序 用户空间 Main 无 gcc ld 直接运行 gdb Linux内核模块 内核空间 module_init()指定 module_exit()指定 Makefile insmod insmod kdebug,kdb,kgdb等
操作系统内核 Kernel 所有的特权指令必须由内 核来运行 内核空间 内核态指令
–应用程序调用操作系统服务完成特定功能 –操作系统为应用程序提供服务 –应用程序工作在用户空间，为用户态 –操作系统模块工作在内核空间，为内核态
实验1 添加一个简单的Linux内核模块 实验背景和原理
Linux内核模块LKM （Linux Kernel Module） • Linux是单内核多模块的操作系统
实验1 添加最简单的Linux内核模块 实验背景和原理
1. LKM代码框架 （教材P. 157）
//kello.c #include <linux/module.h> // for printk() int kello_init( void ) { printk( "\n Hello, students from SDUST! This is in kernel space! \n" ); return 0; } void kello_exit( void ) { printk( "\n Goodbye now... students from SDUST! \n" ); } MODULE_AUTHOR("SDUSTOS <fangs99@>"); MODULE_LICENSE("GPL"); module_init(hello_init); module_exit(hello_exit);
实验1 添加最简单的Linux内核模块 实验背景和原理
3. LKM编译
第二种则是单独编译、动态插入内核；把将开发的内核代码文件直接进行编 译，然后使用命令动态插入内核或者从内核卸载。
ifneq obj-m else KDIR PWD default:
($(KERNELRELEASE),) := kello.o := /lib/modules/$(shell uname -r)/build := $(shell pwd) $(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) modules rm -r -f .tmp_versions *.mod.c .*.cmd *.o *.symvers
–两种开发内核模块的方法 –静态开发 –LKM
• LKM具有如下特点：
–主要使用C语言编程，但也可以使用内联的汇编代码； –LKM工作在内核空间，可以不受约束的运行，因此在一个LKM内部
读者可以访问对应用程序屏蔽的内核数据结构、硬件设备等； –LKM可以通过proc伪文件系统、内存映射、特定的系统调用函数等 不同的机制实现内核空间和用户空间的数据交换。这些机制将在后 续章节陆续讲到。
实验1 添加最简单的Linux内核模块 实验背景和原理
3. LKM编译
第一种是集成到内核、随内核一起编译；这种方法把开发完的内核文件放 在Linux内核源代码相关目录下，随内核一起编译。 缺点：耗时长；一旦代码有错，导致系统出现问题
第二种则是单独编译、动态插入内核；把将开发的内核代码文件直接进行编 译，然后使用命令动态插入内核或者从内核卸载。 优点：编译速度快；单独调试代码 缺点：每次系统启动后都需要再加载代码
运行情况
实验1：添加一个简单的Linux内核模块
实验要求
1. 通过阅读、执行kello.c及其对应的Makefile文件，理解
Linux内核模块LKM的基本框架和运行方式、原理。
2. 对比kello.c和应用程序hello.c在编写、运行过程中的
差异，理解操作系统为用户提供服务的方式、方法。
3. 结合操作系统知识，通过实验深入理解计算机程序在操
拓展试验：教材P162实验2
printk( “<0> Hello, students from SDUST! This is in kernel space! \n" ); printk( KERN_EMERG "\n Hello, students from SDUST! This is in kernel space! \n" );
运行空间 入口 出口 编译 链接 运行 调试
实验1 添加最简单的Linux内核模块 实验步骤
LKM编译、添加、显示执行结果以及删除模块
编译
插入模块 查看内核日志中的执行结果
$ sudo rmmod kello.ko （删除模块）
拓展实验 printk和某些常见宏
• static char * log_level[] = { • "KERN_EMERG", • "KERN_ALERT", • "KERN_CRIT", • "KERN_ERR", • "KERN_WARNING", • "KERN_NOTICE", • "KERN_INFO", • "KERN_DEBUG" • };
操作系统实践
第12章 添加最简单的Linux内核模块
山东科技大学操作系统教研组
本章目标
熟练掌握基本的Linux内核模块开发框架和编译方法。 熟练掌握Linux内核模块添加流程。 理解Linux内核模块代码中的一些常见宏和参数。 掌握Linux内核模块程序和应用程序的差异。
深入理解操作系统为用户提供服务的方式、方法 深入理解计算机程序的运行方式
作系统支持下的运行方式。
实验1：添加一个简单的Linux内核模块
原理/背景
用户态和内核态
LKM基本框架、关键代码
实验1 添加一个简单的Linux内核模块 实验背景和原理
用户态与内核态
应用程序 自己添加的 内核模块
调用
C/C++应统调用 标准运行库 Standard “runtime” libraries 用户空间 用户态指令 系统调用返回
课后练习
完成本章课后习题与练习中的全部题目
第12章 添加最简单的Linux内核模块
实验1：添加一个简单的Linux内核模块（教材
P.162)
实验1：添加一个简单的Linux内核模块
实验内容
1. 从教材提供的电子资源中找到或者按教材提示自己
编写简单的Linux内核模块kello.c及其对应的
Makefile文件
2. 编译、安装、删除该模块，查看该模块的安装位置、
实验1 添加最简单的Linux内核模块 实验背景和原理
2. LKM代码解释
1）任何一个内核模块文件必须要有两个模块管理函数，即模块初始化函数 和模块回收函数，其原型如下所示： int init_module( void ); // 模块初始化函数，在模块初始化时被调用 void cleanup_module( void ); //模块回收函数，在模块撤销时调用 2）为了模块更高效地被加载、执行和撤销，尤其是内存的分配和回收，在文 件最后需要作如下声明： module_init(init_module); //执行模块初始化函数 module_exit(cleanup_module); //执行模块回收函数