Linux核心模組使用指南

轉自：http://doc.linuxpk.com/41555.html

 

作者：sss

　　一、模組簡介

　
　Windows
NT是一種微核心的結構，其核心的功能塊被劃分成獨立的模組，在這些功能塊之間有嚴格的通訊機制；而Linux則不同，它是一種monolithic（單
一大塊）結構，也就是說，整個核心是一個單獨的、非常大的程式。在這種結構中，組件的添加和刪除都相當麻煩，需要重新編譯核心。為瞭解決這個問題，不知道
從哪個版本的核心開始，Linux引入了一種稱為module（模組）的技術，可以把某些功能代碼作為模組動態裝載到核心中使用。

　　模
塊是一種目標對象檔案，需要在核心空間執行，可以把它看作是一組已經編譯好而且已經連結成可執行檔的程式。在需要的時候，核心就會實用某種方法調用這些
程式來執行特定的操作，實現特定的功能。核心在核心符號表中維護了一個模組的鏈表，每個符號表對應一個模組，在把模組載入進核心時正確地對其進行解釋，並
將模組作為核心的一部分來執行；載入進核心中的模組具有所有的核心許可權。模組可以在系統啟動時載入到系統中，也可以在系統啟動並執行任何時刻載入；在不需要
時，可以將模組動態卸載。這樣就不用每次修改系統的配置時都要重新編譯核心了。

　　二、模組的優缺點

　　核心模組的這種動態裝載特性具有以下的優點：

　　1、可以把核心映像檔案保持在最小。在編譯核心時可以選擇把一部分內容當成模組進行編譯，這樣在最終產生的核心映像檔案中就可以不包含這部分內容，從而產生最小的核心映像檔案。

　　2、靈活性好。如果需要實用新的模組，不必重新編譯核心，只要把新的模組編譯後裝載進系統中就可以了。如果對核心來源程式進行了修改，也不需要重新編譯整個核心，只需要修改對應的部分就可以了。

　　但是，核心模組的引入也帶來了一些問題：

　　1、這種動態載入的特性不利於系統的效能和記憶體的利用，會帶來負面的影響。

　　2、裝入核心的模組和其他核心部分一樣具有最高的許可權，使用不當就可能引起系統的崩潰。

　　3、核心版本和模組版本的不相容也會導致系統的崩潰，因此必須進行嚴格的版本檢查，這樣就使模組的編寫變得更加複雜了。

　　4、有些模組要使用其他模組（例如VFAT就要使用FAT）的內容，模組之間存在一定的依賴關係，這樣模組的實用就複雜化了。

　
　由於模組的這種動態裝載/卸載的特性，在Linux中大部分裝置驅動程式都是使用模組來編寫的，例如檔案系統（minix、msdos、isofs、
smbms、nfs、proc等等）、SCSI裝置驅動程式、乙太網路驅動程式、CD-ROM驅動程式等等。下面讓我們介紹一下模組的使用方法。

　　三、模組的使用

　　1、模組的查詢

　　我們可以使用lsmod命令來瞭解系統中現在裝載進來了哪些模組。例如，在筆者機器上執行的結果為（注意，以下介紹的這些命令（包括lsmod）只有超級使用者才可以執行）：

　　Module Size Used by

　　lockd 30344 1 (autoclean)

　　sunrpc 52132 1 (autoclean) [lockd]

　　rtl8139 11748 1 (autoclean)

　　其中Module列是模組的名字，Size是顯示的模組的大小，Used by列表示引用次數，圓括弧中的autoclean表示該模組可以在空閑時自動卸載，中括弧中的[lockd]表示模組lockd會引用sunrpc模組的內容。

　　2、模組的裝載

　　模組的裝載有兩種方法：一種是實用insmod命令手工載入模組，第二種方法是使用核心守護進程kerneld在需要的時候動態裝載。insmod命令的格式為：

　　insmod //modulename.o

　　值得注意的是，insmod命令需要知道模組存放的位置，這樣才能在核心符號表中進行解析。模組可以位於當前路徑中，也可以在insmod命令中指明絕對路徑，另外還有幾個相關的設定檔可以說明模組的位置（見後文中的介紹）。

　
　kerneld是一個標準的守護進程，具有超級使用者的許可權，其主要功能是載入和卸載核心模組, 但是它還可以執行其他任務,
如通過串列線路建立PPP串連並在適當時候關閉它。kerneld自身並不執行這些任務，它通過某些程式如insmod來做此工作。它只是核心的代理，為
核心進行調度。這個守護進程僅僅是一個帶有超級使用者權限的普通使用者進程。當系統啟動時它也被啟動並為核心開啟了一個進程間通訊（IPC）通道，核心需要執
行各種任務時就實用這個IPC來向kerneld發送訊息。例如，如果核心請求現在還沒有裝載到系統中的檔案系統，那麼就通知kerneld裝載這個檔案
系統，然後核心就可以使用這個檔案系統了。在模組空閑時（即沒有其他進程使用這個模組時），kerneld還可以動態卸載這個模組。

　　需要注意的是，如果模組之間有某種參考關聯性，那麼裝載模組時必須遵循一定的次序。例如，上面lsmod顯示的結果中lockd模組要引用sunrpc的內容，那麼必須首先裝載sunrpc之後才能裝載lockd，否則就會出錯。

　　3、模組的卸載

　　我們可以使用rmmod命令把模組從系統中卸載出去，該命令的格式為：

　　rmmod modulename

　
　需要注意的是，模組只有在空閑時才能夠從系統中卸載出去。lsmod輸出結果中的Used
by一列就說明了模組當前的狀態。如果該值不為0，說明模組正忙，不能卸載；否則該值為0，說明模組空閑，可以從系統中卸載出去。對於繁忙的裝置，我們首
先得斷開對應裝置的串連，然後才能刪除對應的模組。例如，我們要卸載模組rtl8139（這個模組是筆者機器中rtl8139的乙太網路卡對應的模組），我
們首先要斷開網路連接：

　　ifdown eth0 /* eth0是筆者機器中的第一塊網卡*/

　　現在再執行lsmod命令的輸出結果為：

　　Module Size Used by

　　lockd 30344 1 (autoclean)

　　sunrpc 52132 1 (autoclean) [lockd]

　　rtl8139 11748 0 (autoclean)

　　說明已經沒有裝置再使用rtl8139了，我們可以使用

　　rmmod rtl8139

　　命令將其從系統中卸載出去。

　
　標誌為autoclean（見有關lsmod的介紹）的模組可以自動卸載。前面我們已經提到，模組之間可能會有參考關聯性。如果A模組引用了B模組的內
容，那麼必須先裝載B模組之後才能成功裝載A模組；在卸載B模組之前也要首先卸載A模組，否則就會導致系統的崩潰（當然，如果模組來源程式編寫的正確，在卸
載A模組之前，B模組是無法卸載的）。

　　4、模組工具 + 生產力

　　以上我們介紹的lsmod、insmod、rmmod是
一組工具 + 生產力所提供的三個命令，這組工具 + 生產力一般是和核心版本對應的，其1.3.57版本名為modules（modules-
1.3.57.tar.gz），高一點的版本名為modutils（例如modutils-2.4.2.tar.gz）。最好保證你的系統中的模組實用工
具的版本號碼（可以使用modinfo -V命令來查看）不低於核心版本號碼（可以使用uname
-r來查看）。1.3.57版本的modules內容包括modprobe、depmod、genksyms、makecrc32、insmod、
rmmod、lsmod、ksyms、kerneld等命令。其中modprobe和insmod命令類似，不過它要依賴於相關的設定檔；depmod
用於產生模組依賴檔案/lib/modules/kernel-version/modules.dep；genksyms和ksyms與核心功能的版本
號有關（由於核心的不斷更新，各個版本的核心功能各有不同，為了不會引起系統的崩潰，核心來源程式中要對核心功能的版本號碼進行嚴格地控制）。在以後版本的實
用工具中，使用kmod來取代了kerneld。kmod的功能和kerneld類似，但是它不能自動卸載模組。之所以採用kmod的原因在於
kerneld是使用IPC通道實現的，相當於多經過了一層處理，另外kerneld的代碼也比較複雜，kmod的代碼數量也比kerneld少得多。

　　5、與模組有關的核心編譯選項和過程

　　在使用make confing / make menuconfig / make xconfig對核心進行配置時，和模組有關的選項有：

　　Code maturity level options -->

　　Prompt for development and/or incomplete code/drivers

　
　此選項為代碼的成熟程度。所有新的設計與改進都首先在開發版（版本號碼為x.y.z，其中y是奇數）中試用，經過驗證技術可行之後再在穩定版（版本號碼為
x.y.z，其中y是偶數）中正式引入。尚不成熟或不完善的技術在預設的情況中是不會編譯到核心中的，如果你希望實驗這些內容（例如2.4.*版本中的
khttpd、IPV6等），就要選中這個選項。

　　>

　　Loadable module support -->

　　Enable module support

　　Set version information on all module symbols

　　Kernel module loader

　　此選項是對可裝載核心的支援以及對模組符號的版本號碼、核心模組裝載程式支援的選項。對於其他大部分選項來說，你可以將相應的代碼編譯到核心中（使用build-in方式），也可以將他們編譯成模組（使用module）方式。

　　如果你選用了模組方式，那麼在編譯核心的過程中，你除了要使用

　　make; make install

　　命令來編譯/安裝核心之外，還要使用

　　make modules; make modules_install

　　來編譯/安裝核心模組。編譯好的模組被安裝到/lib/modules/kernel-version/目錄中。

　　編譯過程中還要運行一個

　　depmod -a

　　命令。這個命令產生模組依賴檔案，也就是/lib/modules/kernel-version/modules.dep，該檔案格式為：

　　/lib/modules/2.2.14-5.0/fs/autofs.o:

　　/lib/modules/2.2.14-5.0/fs/binfmt_aout.o:

　　/lib/modules/2.2.14-5.0/fs/binfmt_java.o:

　　/lib/modules/2.2.14-5.0/fs/binfmt_misc.o:

　　/lib/modules/2.2.14-5.0/fs/coda.o:

　　/lib/modules/2.2.14-5.0/fs/fa