Linux 內(nèi)核模塊和驅(qū)動(dòng)程序的詳細(xì)編寫

linux內(nèi)核是一個(gè)整體是結(jié)構(gòu)。因此向內(nèi)核添加任何東西?；蛘邉h除某些功能 ,都十分困難。為了解決這個(gè)問(wèn)題。引入了內(nèi)核機(jī)制。從而可以動(dòng)態(tài)的想內(nèi)核中添加或者刪除模塊。模塊不被編譯在內(nèi)核中,因而控制了內(nèi)核的大小。然而模塊一旦被插入內(nèi)核,他就和內(nèi)核其他部分一樣。這樣一來(lái) 就會(huì)曾家一部分系統(tǒng)開(kāi)銷。同時(shí),如果模塊出現(xiàn)問(wèn)題。,也許會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)的崩潰。

1、1模塊的實(shí)現(xiàn)機(jī)制:

啟動(dòng)時(shí),由函數(shù) void inti_modules() 來(lái)初始化模塊。因?yàn)閱?dòng)事很多時(shí)候沒(méi)有模塊。這個(gè)函數(shù)往往把內(nèi)核自 身當(dāng)作一個(gè)虛模塊。如由系統(tǒng)需要,則調(diào)用一系列以sys 開(kāi)頭的函數(shù),對(duì)模塊進(jìn)行操作。如:sys_creat_modules(),sys_inti_modules() , sys_deldte_modules()等等。

這里會(huì)用到一些模塊的數(shù)據(jù)就結(jié)構(gòu),在/usr/scr/linux/include/linux/module.h 中,有興趣的朋友可以找出來(lái)一看 。塊的加入有兩種方法:一是手動(dòng)加入:如:insmod modulename。另一種是根據(jù)需要,動(dòng)態(tài)的加載模塊。如你執(zhí)行命令: $mount -t msdos /dev/hdd /mnt/d 時(shí)。系統(tǒng)便自動(dòng)加載 FAT模塊,以支持MSDOS的文件系統(tǒng)。

1、2 模塊編程

寫一個(gè)模塊,必須有一定的多進(jìn)程編程基礎(chǔ)。因?yàn)槟阕兊贸绦虿皇且砸粋€(gè)獨(dú)立的程序的來(lái)運(yùn)行的。另外,因?yàn)?模塊需要 在內(nèi)核模式下運(yùn)行,會(huì)遇到在內(nèi)和空間和用戶空間數(shù)據(jù)交換的問(wèn)題。一般的數(shù)據(jù)復(fù)制函數(shù)無(wú)法完成這一個(gè)過(guò)程。因此系 統(tǒng)已入了一些特殊的函數(shù)以用來(lái)完成內(nèi)核空間和用戶空間數(shù)據(jù)的交換。這些函數(shù)有:void put _user (type valude,type *u_addr) memcpy_tofs()等等,有興趣的朋友可以仔細(xì)的看看所有的函數(shù),以及他們的用法。需要說(shuō)明的是。模塊編程河內(nèi)核的版本有很大的關(guān)系。如果版本不通可能造成,內(nèi)核模塊不能編譯,或者。在運(yùn)行這個(gè)模塊時(shí),出現(xiàn)不可測(cè)結(jié)果。如:系統(tǒng)崩潰等。

明白了這些以后。你就可以嘗試著編寫內(nèi)核模塊了。對(duì)于每一個(gè)內(nèi)核模塊來(lái)說(shuō)。必定包含兩個(gè)函數(shù) int init_module() 這個(gè)函數(shù)在插入內(nèi)核時(shí)啟動(dòng),在內(nèi)核中注冊(cè)一定的功能函數(shù),或者用他的代碼代替內(nèi)和中某些函數(shù)的內(nèi)容(估計(jì)這些函數(shù)是空的)。因此,內(nèi)和可以安全的卸載。(個(gè)人猜測(cè))int cleanup_module() 當(dāng)內(nèi)核模塊謝載時(shí),調(diào)用。將模塊從內(nèi)核中清除。

同其他的程序設(shè)計(jì)教程一樣 ,我們給出一個(gè)hello world 的例子:

/*hello.c a module programm*/ 

/* the program runing under kernel mod and it is a module*/ 

#include" linux/kernerl.h" 

#include"llinux/module.h" 

/* pross the CONFIG_MODVERSIONS*/ 

#if CONFIG_MODVERSIONS==1 

#define MODVERSIONS 

#include""linux/modversions.h" 

#end if 

　 

/* the init function*/ 

int init_module() 

{ 

printk(" hello world !n'); 

printd(" I have runing in a kerner mod@!!n"); 

return 1; 

} 

/* the distory function*/ 

int cleanup_module() 

{ 

printk(" I will shut down myself in kernerl mod /n)"; 

retutn 0; 

}

這樣一個(gè)例子就完成了。我們也寫一個(gè)makefile 的例子,以適于我們?cè)诖蟪绦蛑氐膽?yīng)用。一下是makfile 文件的內(nèi)容:

# a makefile for a module 

CC=gcc 

MODCFLAGS:= -Wall _DMODULE -D_KERNEL_ -Dlinux 

hello.o hello.c /usr/inculde?linux/version.h 

CC $(MODCFLAGS) 0c hello.c 

echo the module is complie completely

然后你運(yùn)行make 命令 得到hello.o 這個(gè)模塊運(yùn)行:

$insmod hello.o 

hello world! 

I will shut down myself in kernerl mod 

$lsmod 

hello (unused) 

…

$remmod 

I will shut down myself in kernerl mod

這樣你的模塊就可以隨意的插入和刪除了。linux中的大部分驅(qū)動(dòng)程序,是以模塊的形式編寫的。這些驅(qū)動(dòng)程序源碼可以修改到內(nèi)核中,也可以把他們編譯成模塊形勢(shì),在需要的時(shí)候動(dòng)態(tài)加載。

一個(gè)典型的驅(qū)動(dòng)程序,大體上可以分為這么幾個(gè)部分:

1、注冊(cè)設(shè)備

在系統(tǒng)初啟,或者模塊加載時(shí)候,必須將設(shè)備登記到相應(yīng)的設(shè)備數(shù)組,并返回設(shè)備的主驅(qū)動(dòng)號(hào),例如:對(duì)快設(shè)備來(lái)說(shuō)調(diào) 用 refister_blkdec()將設(shè)備添加到數(shù)組blkdev中。并且獲得該設(shè)備號(hào)。并利用這些設(shè)備號(hào)對(duì)此數(shù)組進(jìn)行索引。對(duì)于 字符驅(qū)動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō),要使用 module_register_chrdev()來(lái)獲得祝設(shè)備的驅(qū)動(dòng)號(hào)。然后對(duì)這個(gè)設(shè)備的所有調(diào)用都用這個(gè)設(shè)備號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、定義功能函數(shù)

對(duì)于每一個(gè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)來(lái)說(shuō)。都有一些和此設(shè)備密切相關(guān)的功能函數(shù)。那最常用的塊設(shè)備或者字符設(shè)備來(lái)說(shuō)。都存在著諸如 open() read() write() ioctrol()這一類的操作。當(dāng)系統(tǒng)社用這些調(diào)用時(shí)。將自動(dòng)的使用驅(qū)動(dòng)函數(shù)中特定的模 塊。來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的操作。而對(duì)于特定的設(shè)備。上面的系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)的函數(shù)是一定的。

如:在塊驅(qū)動(dòng)設(shè)備中。當(dāng)系統(tǒng)試圖讀取這個(gè)設(shè)備(即調(diào)用read()時(shí)),就會(huì)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序中的block_read() 這個(gè)函數(shù)。打開(kāi)新設(shè)備時(shí)會(huì)調(diào)用這個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的device_open() 這個(gè)函數(shù)。

3、謝載模塊

在不用這個(gè)設(shè)備時(shí),可以將他卸載。主要是從/proc 中取消這個(gè)設(shè)備的特殊文件?？捎锰囟ǖ暮瘮?shù)實(shí)現(xiàn)。

下面我們列舉一個(gè)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的框架。來(lái)說(shuō)明這個(gè)過(guò)程。

/* a module of a character device */ 

　 

/* some include files*/ 

#include"param.h" 

#include"user.h" 

#include"tty.h" 

#include"dir.h" 

#include”fs.h" 

　 

/* the include files modules need*/ 

#include"linux/kernel.h" 

#include"linux/module.h" 

#if CONFIG_MODBERSIONS==1 

degine MODBERSIONS 

#include" linux.modversions.h" 

#endif 

#difine devicename mydevice 

/* the init funcion*/ 

int init_module() 

{ 

int tag=module_register_chrdev(0,mydevice,&Fops); 

if (tag<0) 

{ 

printk("the device init is erro!n"); 

return 1; 

} 

return 0; 

} 

　 

/*the funcion which the device will be used */ 

int device_open () 

{ 

……

} 

int device_read () 

{ 

……

} 

int device_write () 

{ 

……

} 

int device_ioctl () 

{ 

……

} 

…… 

/* the deltter function of this module*/ 

int cleanup_module() 

{ 

int re=module_unregister_chrdev(tag,mydevice); 

if( re<0) 

{ 

printk("erro unregister the module !!n"); 

return 1; 

} 

return 0; 

}