Linux模块机制畅聊
发布时间：2021-12-10 18:36:24 所属栏目：教程 来源：互联网
导读：Linux允许用户通过插入模块，实现干预内核的目的。一直以来，对linux的模块机制都不够清晰，因此本文对内核模块的加载机制进行简单地分析。 模块的Hello World！ 我们通过创建一个简单的模块进行测试。首先是源文件main.c和Makefile。 florian@florian-pc:~/
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Linux允许用户通过插入模块，实现干预内核的目的。一直以来，对linux的模块机制都不够清晰，因此本文对内核模块的加载机制进行简单地分析。 模块的Hello World！ 我们通过创建一个简单的模块进行测试。首先是源文件main.c和Makefile。 florian@florian-pc:~/module$ cat main.c #include<linux/module.h> #include<linux/init.h> static int __init init(void) { printk("Hi module!n"); return 0; } static void __exit exit(void) { printk("Bye module!n"); } module_init(init); module_exit(exit); 其中init为模块入口函数，在模块加载时被调用执行，exit为模块出口函数，在模块卸载被调用执行。 florian@florian-pc:~/module$ cat Makefile obj-m += main.o #generate the path CURRENT_PATH:=$(shell pwd) #the current kernel version number LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r) #the absolute path LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL) #complie object all: make -C (LINUX K ERNEL P ATH)M= (CURRENT_PATH) modules #clean clean: make -C (LINUX K ERNEL P ATH)M= (CURRENT_PATH) clean 其中，obj-m指定了目标文件的名称，文件名需要和源文件名相同（扩展名除外），以便于make自动推导。 然后使用make命令编译模块，得到模块文件main.ko。 florian@florian-pc:~/module$ make make -C /usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic M=/home/florian/module modules make[1]: 正在进入目录 `/usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic' Building modules, stage 2. MODPOST 1 modules make[1]:正在离开目录 `/usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic' 使用insmod和rmmod命令对模块进行加载和卸载操作，并使用dmesg打印内核日志。 florian@florian-pc:~/module$ sudo insmod main.ko;dmesg | tail -1 [31077.810049] Hi module! florian@florian-pc:~/module$ sudo rmmod main.ko;dmesg | tail -1 [31078.960442] Bye module! 通过内核日志信息，可以看出模块的入口函数和出口函数都被正确调用执行。 模块文件 使用readelf命令查看一下模块文件main.ko的信息。 florian@florian-pc:~/module$ readelf -h main.ko ELF Header: Magic: 7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Class: ELF32 Data: 2's complement, little endian Version: 1 (current) OS/ABI: UNIX - System V ABI Version: 0 Type: REL (Relocatable file) Machine: Intel 80386 Version: 0x1 Entry point address: 0x0 Start of program headers: 0 (bytes into file) Start of section headers: 1120 (bytes into file) Flags: 0x0 Size of this header: 52 (bytes) Size of program headers: 0 (bytes) Number of program headers: 0 Size of section headers: 40 (bytes) Number of section headers: 19 Section header string table index: 16 我们发现main.ko的文件类型为可重定位目标文件，这和一般的目标文件格式没有任何区别。我们知道，目标文件是不能直接执行的，它需要经过链接器的地址空间分配、符号解析和重定位的过程，转化为可执行文件才能执行。 那么，内核将main.ko加载后，是否对其进行了链接呢？ 模块数据结构 首先，我们了解一下模块的内核数据结构。 linux3.5.2/kernel/module.h:220 struct module { …… /* Startup function. */ int (*init)(void); …… /* Destruction function. */ void (*exit)(void); …… }; 模块数据结构的init和exit函数指针记录了我们定义的模块入口函数和出口函数。 模块加载 模块加载由内核的系统调用init_module完成。 linux3.5.2/kernel/module.c:3009 /* This is where the real work happens */ SYSCALL_DEFINE3(init_module, void __user *, umod, unsigned long, len, const char __user *, uargs) { struct module *mod; int ret = 0; …… /* Do all the hard work */ mod = load_module(umod, len, uargs);//模块加载 …… /* Start the module */ if (mod->init != NULL) ret = do_one_initcall(mod->init);//模块init函数调用 …… return 0; } 系统调用init_module由SYSCALL_DEFINE3(init_module...)实现，其中有两个关键的函数调用。load_module用于模块加载，do_one_initcall用于回调模块的init函数。 函数load_module的实现为。 linux3.5.2/kernel/module.c:2864 /* Allocate and load the module: note that size of section 0 is always zero, and we rely on this for optional sections. */ static struct module *load_module(void __user *umod, unsigned long len, const char __user *uargs) { struct load_info info = { NULL, }; struct module *mod; long err; …… /* Copy in the blobs from userspace, check they are vaguely sane. */ err = copy_and_check(&info, umod, len, uargs);//拷贝到内核 if (err) return ERR_PTR(err); /* Figure out module layout, and allocate all the memory. */ mod = layout_and_allocate(&info);//地址空间分配 if (IS_ERR(mod)) { err = PTR_ERR(mod); goto free_copy; } …… /* Fix up syms, so that st_value is a pointer to location. */ err = simplify_symbols(mod, &info);//符号解析 if (err < 0) goto free_modinfo; err = apply_relocations(mod, &info);//重定位 if (err < 0) goto free_modinfo; …… } 函数load_module内有四个关键的函数调用。copy_and_check将模块从用户空间拷贝到内核空间，layout_and_allocate为模块进行地址空间分配，simplify_symbols为模块进行符号解析，apply_relocations为模块进行重定位。 由此可见，模块加载时，内核为模块文件main.ko进行了链接的过程！ 至于函数do_one_initcall的实现就比较简单了。 linux3.5.2/kernel/init.c:673 int __init_or_module do_one_initcall(initcall_t fn) { int count = preempt_count(); int ret; if (initcall_debug) ret = do_one_initcall_debug(fn); else ret = fn();//调用init module …… return ret; } 即调用了模块的入口函数init。 模块卸载 模块卸载由内核的系统调用delete_module完成。 linux3.5.2/kernel/module.c:768 SYSCALL_DEFINE2(delete_module, const char __user *, name_user, unsigned int, flags) { struct module *mod; char name[MODULE_NAME_LEN]; int ret, forced = 0; …… /* Final destruction now no one is using it. */ if (mod->exit != NULL) mod->exit();//调用exit module …… free_module(mod);//卸载模块 …… } 通过回调exit完成模块的出口函数功能，最后调用free_module将模块卸载。 结论 如此看来，内核模块其实并不神秘。传统的用户程序需要编译为可执行程序才能执行，而模块程序只需要编译为目标文件的形式便可以加载到内核，有内核实现模块的链接，将之转化为可执行代码。同时，在内核加载和卸载的过程中，会通过函数回调用户定义的模块入口函数和模块出口函数，实现相应的功能。  （编辑：PHP编程网 - 黄冈站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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