【linux驱动笔记】linux模块机制浅析

 

1.   模块module

操作系统分微内核和宏内核，微内核优点，可以使操作系统仅作很少的事，其它事情如网络处理等都作为应用程序来实现，微内核精简的同时，必然带来性能的下降。而linux的宏内核设计，保证了设计性能，但linux作为一个通用操作系统，必然会兼容很多硬件，而linux本身的宏内核设计，导致了如果同时兼容所有的硬件，其编译代码将庞大无比，为了解决这个问题，linux效仿微内核，采用了模块这一天才思想。当内核配置make menuconfig时，可以选择M，将驱动作为模块来加载，其生成的文件后缀为*.ko. 即kernel object，内核对象。采用模块设计，解决了上述问题，但是本质上来说，模块加载进内核后，还是运行在内核态，所以驱动的bug有可能引起系统崩溃，这是在驱动设计时需要特别注意的。

1.1.  模块实例

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

 

static int hellokernel_init(void)

{

   

    printk("Hello driver!\n");

    return 0;

}

 

static void hellokernel_exit(void)

{

    printk("Bye driver!\n");

}

 

module_init(hellokernel_init);

module_exit(hellokernel_exit);

 

上面都的module_init，module_exit都干了什么，当加载模块insmod 和卸载模块rmmod时又干了什么，下面将说明。

 

1.2.  module_init,module_exit

\include\linux\Init.h 中有:

#ifndef MODULE

#define module_init(x)  __initcall(x);

#define __initcall(fn) device_initcall(fn)

#define device_initcall(fn)   __define_initcall(fn, 6)

 

#define module_exit(x)  __exitcall(x);

#define __exitcall(fn) \

  static exitcall_t __exitcall_##fn __exit_call = fn

#else

  /* Each module must use one module_init(). */

#define module_init(initfn)           \

  static inline initcall_t __inittest(void)    \

  { return initfn; }             \

  int init_module(void) __attribute__((alias(#initfn)));

 

/* This is only required if you want to be unloadable. */

#define module_exit(exitfn)           \

  static inline exitcall_t __exittest(void)    \

  { return exitfn; }             \

  void cleanup_module(void) __attribute__((alias(#exitfn)));

#endif

 

 

从上述处理可以看出，当以非模块编译时，module_init等通过如下路径被执行，其被静态编译进内核。

#define __define_initcall(fn, id) \

   static initcall_t __initcall_##fn##id __used \

   __attribute__((__section__(".initcall" #id ".init"))) = fn

 

而上述用__define_initcall(fn, id)定义的函数都是在linux内核启动时被执行的。

start_kernel→rest_init→kernel_init→kernel_init_freeable→do_basic_setup→do_initcalls

 

 

而如果是模块编译时，为动态编译

int init_module(void) __attribute__((alias(#initfn)));

这段代码的作用是给我们的加载函数定义一个别名，别名就是init_module

 

 

1.3.  加载模块

将hello.ko拷贝到/home/tang/wk-tzp/prj/nfs/fs/ramdisk_fs/lib/modules/3.10.53的目录或者其子目录下，

必须拷贝到对应的版本号如3.10.53下，否则会出问题。

 

insmod hello.ko

 

 

insmod是个应用程序，在嵌入式中，这些应用包括ls，pwd等都来自于大名鼎鼎的busybox。

因此需要阅读busybox的源代码，才能知道insmod究竟干了什么。

在busybox-1.22.1\modutils的insmod.c中：有：

insmod_main→bb_init_module

    →

    …

try_to_mmap_module //通过mmap函数将 xxx.ko文件内容映射到内存中。

…

init_module(image, image_size, options) //是宏syscall(__NR_init_module, mod, len, opts)，调用linux系统调用

// image：指向***.ko文件内容开始，image_size为***.ko模块文件大小，options为参数

 

…

在arch/arm/include/asm/unistd.h中，有#define __NR_init_module     (__NR_SYSCALL_BASE+128)

在linux/arch/arm/kernel/calls.S有：

/* 125 */  CALL(sys_mprotect)

       CALL(sys_sigprocmask)

       CALL(sys_ni_syscall)     /* was sys_create_module */

       CALL(sys_init_module)

       CALL(sys_delete_module)

可见，__NR_init_module   对应 sys_init_module，所以insmod最终调用sys_init_module

在Module.c (src\kernel) 中有:

SYSCALL_DEFINE3(init_module, void __user *, umod, unsigned long, len, const char __user *, uargs)

在Syscalls.h (src\include\linux) 中有:#define SYSCALL_DEFINE3(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(3, _##name, __VA_ARGS__)

#define SYSCALL_DEFINEx(x, sname, ...)              \

   SYSCALL_METADATA(sname, x, __VA_ARGS__)          \

   __SYSCALL_DEFINEx(x, sname, __VA_ARGS__)

 

而#define __SYSCALL_DEFINEx(x, name, ...)               \

    asmlinkage long sys##name(__MAP(x,__SC_DECL,__VA_ARGS__));  \

 

由上述可见，SYSCALL_DEFINE3(init_module…定义了 sys_init_module函数。

 

继续调用：

SYSCALL_DEFINE3(init_module, void __user *, umod, unsigned long, len, const char __user *, uargs)

→load_module→do_init_module→do_one_initcall(mod->init)→ret = fn();即执行了module_init(hello_init)中定义的函数

hello_init。

 

 

1.4.  卸载模块

rmmod hello, 不能用 rmmod hello.ko

 

仍然从应用层开始，rmmod是由工具箱busybox实现的，

rmmod.c (busybox-1.22.1\modutils): int rmmod_main(int argc UNUSED_PARAM, char **argv)

→bb_delete_module // 宏定义为syscall(__NR_delete_module, mod, flags),执行linux系统调用sys_delete_module

 

同insmod讨论的一样，最后会执行如下的语句

在Module.c (src\kernel) 中有:

SYSCALL_DEFINE2(delete_module, const char __user *, name_user, unsigned int, flags)

→mod->exit(); //即module_exit(exit_func)定义的函数exit_func

1.5.  细节

src\Makefile：make modules  : 目标是modules, 编译好后需要安装在制作的文件系统

make  modules_install  INSTALL_MOD_PATH=~/fs/ramdisk_fs

 

 

THIS_MODULE: http://www.cnblogs.com/ziziwu/archive/2012/07/06/2578283.html

 

insmod/modprobe    rmmod   lsmod modinfo

       insmod  hellokernel.ko  irq=100 pstr=china fish=1,2,3

       echo 200 > /sys/module/hellokernel/parameters/irq   

       echo 10,20,30 > /sys/module/hellokernel/parameters/fish

权限问题：

  非0：在/sys/module/模块名/paramters/文件

  通过修改这个文件完成对变量的内容修改

  问题：会占用内存的资源

 

  权限为0：就不会有一个文件存在，只能在模块  加载的时候才能修改

 

1.6.  函数集合

insmod/modprobe   

rmmod  

lsmod

modinfo

 

1.7.  文献

http://www.cnblogs.com/fanzhidongyzby/p/3730131.html

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