Linux内核模块与驱动程序开发入门

本文档主要介绍了Linux内核模块和驱动程序的编写，强调了模块化设计对于内核灵活性和管理性的重要性。文档作者为sunmoon，来自http://os.silversand.net。 在Linux系统中，内核是操作系统的核心部分，负责管理硬件资源和提供系统服务。然而，由于内核的复杂性和功能多样性，直接将其所有功能编译进内核可能导致体积过大，影响效率。为了解决这个问题，Linux引入了内核模块的概念，允许将某些功能模块化，按需加载或卸载，从而控制内核大小并提高灵活性。 1.1 模块的实现机制： 当系统启动时，`inti_modules()`函数用于初始化模块。在早期阶段，可能还没有外部模块，所以内核自身可能被视为一个虚拟模块。系统中存在一系列以`sys`开头的函数，如`sys_create_modules()`, `sys_init_modules()`, `sys_delete_modules()`等，用于管理模块的加载、初始化和删除。模块相关的数据结构定义在`/usr/src/linux/include/linux/module.h`头文件中，可供开发者查阅。 1.2 模块的加载方式： 模块加载有两种常见方式：一是通过手动加载，使用`insmod modulename`命令；二是根据系统需求自动加载，例如，当挂载MSDOS文件系统时，系统会自动加载FAT模块。 1.3 模块编程基础： 编写内核模块需要具备多进程编程的知识，因为模块并不以独立程序的形式运行，而是在内核模式下。在处理内核空间与用户空间的数据交换时，不能直接使用常规的复制函数，而是需要利用如`put_user()`, `memcpy_tofs()`等特殊函数。这些函数专用于在不同空间之间安全地传递数据。 1.4 版本兼容性问题： 内核模块的编写必须考虑与特定Linux内核版本的兼容性。不同版本的内核可能有接口变更，导致模块无法编译或在运行时引发未预期的结果，甚至可能导致系统崩溃。 1.5 模块的关键函数： 每个内核模块必须包含两个关键函数： - `init_module()`: 这个函数在模块插入内核时执行，用于注册模块的功能或初始化必要的数据结构。 - `cleanup_module()`: 当模块被卸载时，此函数会被调用，用于清理模块占用的资源和解除注册。 理解以上概念后，开发者可以开始尝试编写内核模块。编写过程中，要确保模块的初始化和清理过程正确无误，以确保模块能够顺利地被系统加载和卸载，同时避免对系统稳定性产生负面影响。