Linux内核(6) - 模块机制与“Hello World!

有一种感动，叫内牛满面，有一种机制，叫模块机制。显然，这种模块机制给那些Linux的发烧友们带来了方便，因为模块机制意味着人们可以把庞大的Linux内核划分为许许多多个小的模块。对于编写设备驱动程序的开发者来说，从此以后他们可以编写设备驱动程序却不需要把她编译进内核，不用reboot机器，她只是一个模块，当你需要她的时候，你可以把她抱入怀中（insmod），当你不再需要她的时候，你可以把她一脚踢开（rmmod）。

于是，忽如一夜春风来，内核处处是模块。让我们从一个伟大的例子去认识模块。这就是传说中的"Hello World!"，这个梦幻般的名字我们看过无数次了，每一次她出现在眼前，就意味着我们开始接触一种新的计算机语言了。（某程序员对书法十分感兴趣，退休后决定在这方面有所建树。于是花重金购买了上等的文房四宝。一日，饭后突生雅兴，一番磨墨拟纸，并点上了上好的檀香，颇有王羲之风范，又具颜真卿气势，定神片刻，泼墨挥毫，郑重地写下一行字：hello world）

请看下面这段代码，她就是Linux下的一个最简单的模块。当你安装这个模块的时候，她会用她特有的语言向你表白：“Hello，world！”，而后来你卸载了这个模块，你无情抛弃了她，她很伤心，她很绝望，但她没有抱怨，她只是淡淡地说，“Goodbye，cruel world！”（再见，残酷的世界!）

/************ hello.c *********************/

1 #include <linux/init.h>  /* Needed for the macros */
  2 #include <linux/module.h> /* Needed for all modules */
  3 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
  4 MODULE_AUTHOR("fudan_abc");
  5
  6 static int __init hello_init(void)
  7 {
  8         printk(KERN_ALERT "Hello, world!/n");
    9         return 0;
   10 }
  11
   12 static void __exit hello_exit(void)
    13 {
   14         printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world/n");
    15 }
   16
    17 module_init(hello_init);
    18 module_exit(hello_exit);

你需要使用module_init()和module_exit()，你可以称它们为函数，不过实际上它们是一些宏，你可以不用去知道她们背后的故事，只需要知道，在Linux
Kernel 2.6的世界里，你写的任何一个模块都需要使用它们来初始化或退出，或者说注册以及后来的注销。

当你用module_init()为一个模块注册了之后，在你使用insmod这个命令去安装的时候，module_init()注册的函数将会被执行。而当你用rmmod这个命令去卸载一个模块的时候，module_exit()注册的函数将会被执行。module_init()被称为驱动程序的初始化入口(driver
initialization entry point)。

怎么样演示以上代码的运行呢？没错，你需要一个Makefile。

1 # To build modules outside of the kernel tree, we run "make"
   2 # in the kernel source tree; the Makefile these then includes this
   3 # Makefile once again.
    4 # This conditional selects whether we are being included from the
    5 # kernel Makefile or not.
    6 ifeq ($(KERNELRELEASE),)
   7
    8     # Assume the source tree is where the running kernel was built
    9     # You should set KERNELDIR in the environment if it's elsewhere
    10     KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
   11     # The current directory is passed to sub-makes as argument
   12     PWD := $(shell pwd)
    13
    14 modules:
    15         $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
    16
    17 modules_install:
    18         $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
    19
    20 clean:
    21         rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
    22
    23 .PHONY: modules modules_install clean
    24
    25 else
    26     # called from kernel build system: just declare what our modules are
    27     obj-m := hello.o
    28 endif

在lwn.net上可以找到这个例子，你可以把以上两个文件放在你的某个目录下，然后执行make，也许你不一定能成功，因为Linux
Kernel
2.6要求你编译模块之前，必须先在内核源代码目录下执行make，换言之，你必须先配置过内核，执行过make，然后才能make你自己的模块。原因就不细说了，你按着要求的这么去做就行了。在内核顶层目录make过之后，你就可以在你当前放置Makefile的目录下执行make了。make之后你就应该看到一个叫做hello.ko的文件生成了，恭喜你，这就是你将要测试的模块。

执行命令，

#insmod hello.ko

同时在另一个窗口，用命令tail -f /var/log/messages察看日志文件，你会看到Hello world被打印了出来。再执行命令，

#rmmod hello.ko

此时，在另一窗口你会看到Goodbye，cruel world！被打印了出来。

到这里，我该恭喜你，因为你已经能够编写Linux内核模块了。这种感觉很美妙，不是吗？你可以嘲笑秦皇汉武略输文采唐宗宋祖稍逊风骚，还可以嘲笑一代天骄成吉思汗只识弯弓射大雕了。是的，阿娇姐姐告诉我们，只要我喜欢，还有什么不可以。

日后我们会看到，2.6内核中，每个模块都是以module_init开始，以module_exit结束。对大多数人来说没有必要知道这是为什么，记住就可以了，对大多数人来说，这就像是1+1为什么等于2一样，就像是两点之间最短的是直线，不需要证明，如果一定要证明两点之间直线最短，可以扔一块骨头在B点，让一条狗从A点出发，你会发现狗走的是直线，是的，狗都知道，咱还能不知道吗？