Linux内核模块开发基础 [复制链接]

Linux内核仅是操作系统的一部分，但对下它管理系统所有硬件设备，对上，它通过系统调用，向LibraryRoutine（如C库）/其他应用程序提供接口。

整体机构及其子系统如图所示：

A)ProcessScheduler，也称作进程管理、进程调度。负责管理CPU资源，以便让各个进程可以以尽量公平的方式访问CPU。B)MemoryManager，内存管理。负责管理Memory（内存）资源，以便让各个进程可以安全地共享机器的内存资源。另外，内存管理会提供虚拟内存的机制，该机制可以让进程使用多于系统可用Memory的内存，不用的内存会通过文件系统保存在外部非易失存储器中，需要使用的时候，再取回到内存中。C)VFS（VirtualFileSystem），虚拟文件系统。Linux内核将不同功能的外部设备，例如Disk设备（硬盘、磁盘、NANDFlash、NorFlash等）、输入输出设备、显示设备等等，抽象为可以通过统一的文件操作接口（open、close、read、write等）来访问。这就是Linux系统“一切皆是文件”的体现（其实Linux做的并不彻底，因为CPU、内存、网络等还不是文件，如果真的需要一切皆是文件，还得看贝尔实验室正在开发的Plan9”的）。D)Network，网络子系统。负责管理系统的网络设备，并实现多种多样的网络标准。E)IPC（Inter-ProcessCommunication），进程间通信。IPC不管理任何的硬件，它主要负责Linux系统中进程之间的通信。

上面是Linux内核的大致组成结构，每个子系统又有很多模块组成，实际开发使用中，一般也用不到那么多，而且开发起来也挺困难的就有了“自研”内核模块，内核模块编程。

学习内核模块开发前，我们先一起了解下现有的一些内核模块，有个大致概念。前面有提到LVS和DPVS的真实客户端IP获取的toa/uoa模块，它们就是一种内核模块。Linux内核模块是一种编译好的二进制代码，可以插入到Linux内核空间中，在ring0级别运行（安全限制最少的级别）。这样，通过内核模块我们可以访问到系统的任意内容，比如LVS中通过toa/uoa模块hook内核函数get_name()，之后应用层就可以调用getpeername后进入到toa模块定义的函数，返回socket中存放的特定数据了。下面是内核模块开发的一般流程，以打印helloworld的test模块为例来看一下如何开发（示例来自《奔跑吧Linux内核--入门篇》）内核模块代码文件:hello.c

#includelinux/init.h//头文件定义#includelinux/module.hstaticint__inithello_init(void)//模块入口——模块初始化函数{printk(myfirstkernelmoduleinit);return0;}staticvoid__exithello_exit(void)//模块退出函数定义{printk(goodbyehellomodule);}module_init(hello_init);//声明模块入口函数module_exit(hello_exit);//声明模块出口函数MODULE_LICENSE(GPL);//设置模块接受的许可证协议MODULE_AUTHOR(Azura);//描述作者信息MODULE_DESCRIPTION(kernelmodule:helloworld);//模块描述MODULE_ALIAS(fisrt);//用户空间别名

内核模块Makefile文件：Makefile

BASEINCLUDE?=/lib/modules/`uname-r`/build//通过uname-r找到内核版本，使BASEINCLUDE指向内核编译路径first-objs:=hello.o//目标文件，格式模块名-objs:=目标文件.oobj-m:=first.o//要生成的模块，格式obj-m:=模块名.oall://编译执行动作$(MAKE)-C$(BASEINCLUDE)M=$(PWD)modules;clean://makeclean执行动作$(MAKE)-C$(BASEINCLUDE)SUBDIRS=$(PWD)clean;rm-f*.ko;

make编译后，文件目录为：first.kofirst.mod.cfirst.mod.ofirst.ohello.chello.oMakefilemodules.orderModule.symvers

之后我们可以通过filefirst.ko命令看到变成x86-64架构的ELF文件(此处系统CentOS7,x86-64)，还可以用modinfo进一步检查

接下来就可以在我们的Linux系统上加载模块了：sudoinsmodfirst.ko;然后在系统日志dmesg或者/var/log/messages里面就能看到“myfirstkernelmoduleinit”这个输出了。同时/sys/modules下面也会有一个新目录，目录名为模块名，此处为first；卸载模块命令时rmmod