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ARM《9》_在linux中编写内核模块（单.c文件、多.c文件）、内核模块传参（传参、回调）、内核模块互调

news 2025/11/3 7:46:49

0、前言：

这是一篇以问题为导向，的技术贴！
练习编写内核模块，在linux虚拟机中测试编写的内核模块，掌握内核模块编写模板；
一个内核模块的调试过程如下：

基础概念库：

编辑内核模块，如果在虚拟机的linux中，可以在VS中打开目录编辑代码；【在linux的vs中可以点击左上角的三道杠，选择运行，启用调试，选择c或者c++，弹出的提示选择仍要调试，取消即可，这样按住ctrl就可以进行跳转；】

一、linux内核模块：

内核是一个操作系统的核心，是硬件之上的第一层软件，提供操作系统最基本的功能；
内核主要分为：微内核和宏内核；
- 不被包函在内核当中的设备驱动模块，可以自行修改，不会影响微内核功能；
- 宏内核，会把微内核之外的功能模块包含在其中；
linux是宏内核，为了解决宏内核的缺点，linux引入了内核模块的机制，在linux运行时，动态加载内核模块；
内核模块本质是实现了某一特定功能的内核代码，经过编译生成的二进制文件；

二、★★★★★ linux引入“内核模块”的好处：

能针对性解决宏内核 “臃肿、扩展性差、升级维护复杂” 等缺点，同时保留宏内核 “性能高、内核内组件通信高效” 的优势。【内核模块机制让 “静态的宏内核” 具备了 “动态扩展的能力”】
- 减少内核体积，降低内存占用，宏内核的默认设计是 “将所有功能（如文件系统、驱动、网络协议栈）编译进内核镜像”，即使某些功能（如蓝牙驱动、特殊网卡驱动）用户用不到，也会占用内存并随系统启动加载。内核模块可实现 “按需加载”：只有当用户需要某功能（如插入 U 盘时加载 USB 驱动模块，连接蓝牙时加载蓝牙模块），才将对应的模块加载到内核；不用时可卸载，释放内存。
- 无需重启系统，灵活升级 / 修复功能，内核若要升级或修复某功能（如修复网络协议栈漏洞、更新显卡驱动），传统方式需要重新编译整个内核并重启系统 —— 这对服务器、嵌入式设备（如工业控制器、路由器）等 “需 7×24 小时运行” 的场景极不友好。内核模块支持 “动态更新”：升级驱动或修复漏洞时，只需编译新的模块，卸载旧模块、加载新模块即可，全程无需重启系统。
- 降低开发 / 调试成本，提升扩展性，内核模块的开发是 “独立隔离” 的，开发时只需编写模块代码，编译成独立的 .ko 文件，加载到内核即可测试，无需编译整个内核；
- 适配多样硬件 / 场景，增强灵活性，内核模块可实现 “内核功能的模块化组合”：系统可根据硬件配置和使用场景，加载对应的模块（如嵌入式设备加载 “传感器驱动模块”，服务器加载 “RAID 卡驱动模块”）；同一内核镜像可通过加载不同模块，适配不同硬件，避免为每种硬件编译一个专属内核，降低系统维护成本。

三、linux内核模块的编译本质：

Linux 内核模块不能像普通应用（用 gcc main.c -o main）直接编译，模块需要依赖内核源码中的头文件（如 linux/module.h）、宏定义（如MODULE_LICENSE）和编译规则；模块编译必须与内核版本、编译选项（如 CONFIG_XXX）完全一致，否则加载时会因 “版本不匹配” 失败。
因此，内核模块编译的核心是 “调用内核自身的 Makefile 来编译”，而不是自己写完整编译规则，下面案例中制作的所有Makefile，都是依据这个规则。
下面在案例中具体讲解模块中MakeFile的编写规则；

四、内核模块编写模板总结：

0、Linux 内核模块（Kernel Module）的核心组成部分：

模块加载函数（必备）：是模块的 “启动入口”，通常通过 module_init() 宏指定。加载时自动执行，主要完成资源申请（如内存、设备号）、初始化数据结构等工作。若初始化失败，需返回非 0 值，告知内核加载失败。
模块卸载函数（必备）：是模块的 “清理出口”，通常通过 module_exit() 宏指定。卸载时自动执行，主要负责释放加载函数申请的资源（如内存、设备号），避免内核资源泄漏。
模块许可证声明（必备）：是内核识别模块合法性的关键，必须通过 MODULE_LICENSE() 宏声明，常见值如 GPL（通用公共许可证）、MIT 等。若不声明，内核会标记为 “被污染（Tainted）”，可能影响后续内核支持和部分功能。
模块参数（可选）：通过 module_param() 等宏定义，允许加载模块时（如 insmod module.ko param=value）传递自定义值。方便模块灵活适配不同场景，无需修改代码即可调整模块行为。
模块导出符号（可选），通过 EXPORT_SYMBOL() 或 EXPORT_SYMBOL_GPL() 导出模块内的函数 / 变量。导出的符号会加入内核符号表，供其他内核模块调用，实现模块间的功能复用。
模块其他信息（可选）：通过 MODULE_AUTHOR()（作者）、MODULE_DESCRIPTION()（功能描述）、MODULE_VERSION()（版本）等宏声明。主要用于文档化，方便开发者或系统管理员了解模块信息，无实际功能影响。
★★★ 总结：
- 1、模块加载函数是在代码中通过module_init声明，通过static int __init 函数名()定义，编译好之后，通过insmod触发；
- 2、卸载加载函数是在代码中通过module_exit声明，通过static void __exit 函数名()定义，编译好之后，通过rmmod触发；

1、编写内核模块需要的文件

核心源文件（.c）：实现模块功能的代码文件（如 hello.c），包含模块初始化、退出函数及业务逻辑。
单文件模块：1 个 .c 文件即可（如 hello.c）。
多文件模块：多个 .c 文件（如 t1.c、sort.c），需通过 Makefile 合并编译。
Makefile：编译脚本，指定内核路径、模块名称及源文件，调用内核 Makefile 完成编译（核心作用是 “告诉内核如何编译你的模块”）。
可选：头文件（.h）：多文件模块中，用于声明跨文件调用的函数 / 变量（如 sort.h 声明 sort_int3 供 t1.c 调用）。

2、单文件模块

1. 源文件（hello.c）

/* 内核模块必备头文件 */
#include <linux/init.h>    // 包含模块初始化/退出宏（__init、__exit）
#include <linux/module.h>  // 包含模块基本定义（MODULE_LICENSE、module_init等）
#include <linux/kernel.h>  // 包含内核打印函数（pr_info等）/* 模块初始化函数：加载模块时执行（insmod时调用） */
static int __init hello_init(void)
{// 内核打印用 pr_info（类似用户态 printf，输出到内核日志，用 dmesg 查看）pr_info("Hello, Kernel Module!\n");return 0;  // 返回 0 表示初始化成功，非0表示失败（模块加载失败）
}/* 模块退出函数：卸载模块时执行（rmmod时调用） */
static void __exit hello_exit(void)
{pr_info("Goodbye, Kernel Module!\n");
}/* 注册初始化/退出函数（内核规定的固定法写法） */
module_init(hello_init);  // 告诉内核：加载模块时调用 hello_init
module_exit(hello_exit);  // 告诉内核：卸载模块时调用 hello_exit/* 模块元信息（必选，否则加载可能警告） */
MODULE_LICENSE("GPL");          // 声明许可证（必须为 GPL 及兼容协议，否则符号导出受限）
MODULE_AUTHOR("Your Name");     // 作者信息（可选）
MODULE_DESCRIPTION("A simple kernel module");  // 模块描述（可选）
MODULE_VERSION("1.0");          // 版本号（可选）

1. Makefile（与 hello.c 同目录）

ifeq ($(KERNELRELEASE), ) #如果$(KERNELRELEASE)没有值,就执行ifeq中的语句KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build		#定义了一个变量并赋值为linux源码路径PWD := $(shell pwd)
modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) $@
elseobj-m:= <你的.c文件名> .o
endifclean:rm -rf *.o *.mod.c *.mod.o *.ko *.symvers *.order *.a *.mod .*.*.cmd

3、多文件模块

1、多个.c 文件，可以定义一个.h文件声明下跨文件函数
2、注意编写Makefile，不能把文件名写作makefile，还有就是内部需要把用到的文件编译进去；
3、头文件必须包含：所有模块都必须包含 #include <linux/init.h> 和 #include <linux/module.h>，否则无法使用 module_init、MODULE_LICENSE 等核心宏。
MODULE_LICENSE 不可少：必须声明为 GPL 或兼容协议（如 GPLv2），否则内核会拒绝加载模块（或导出符号失败）。
函数可见性控制：
仅在当前文件使用的函数加 static ，否则加了static，就会导致没法被其他文件加载这个函数；跨文件调用的函数不能加 static，且需用 EXPORT_SYMBOL 导出（多文件模块）。

4、★★★内核模块中.c文件中的部分头文件作用介绍：

#include <linux/module.h>**：包含内核模块信息声明的相关函数如module_init()和 module_exit()的声明
#include <linux/init.h>*：包含了init和 _exit的声明
#include <linux/kernel.h>：包含内核提供的各种函数，如printk

五、内核模块的打印方法：

带日志级别的 printk（推荐）：内核打印支持日志级别（控制信息的重要程度），格式为：

printk(KERN_DEBUG "格式化字符串", 参数...);

常见日志级别（数值越小，优先级越高）：

KERN_EMERG（<0>）：系统紧急状态（如崩溃），必须立即处理。
KERN_ALERT（<1>）：需要立即响应的警报。
KERN_CRIT（<2>）：严重错误（如硬件故障）。
KERN_ERR（<3>）：普通错误（如函数执行失败）。
KERN_WARNING（<4>）：警告信息（如可能的问题）。
KERN_NOTICE（<5>）：正常但值得注意的信息。
KERN_INFO（<6>）：普通信息（如模块加载 / 卸载提示）。
KERN_DEBUG（<7>）：调试信息（仅调试时使用）。

简化宏：建议在模块中使用，例如pr_emerg()，对应KERN_EMERG，其他的用到可以查；常用的就是pr_info()；

六、内核模块涉及到的操作命令（掌握）

1，lsmod （list module），打印当前内核中已经加载的内核模块列表
2，insmod (install module)，把一个内核模块加载到内核中。用法 insmod xxx.ko
3，modinfo（module information），打印出一个内核模块的一些基本信息，这些信息由内核模块提供。 modinfo xxx.ko
4，rmmod （remove module），从运行的内核中卸载一个内核模块,用法 rmmod xxx 或者rmmod xxx.ko
5，depmod （dependency modules），用于生成内核模块的依赖关系列表，它通过分析 /lib/modules/kernel-release目录中的内核模块，创建一个类似Makefile的依赖文件，名称为modules.dep，这些模块通常来自配置文件中指定的目录。
6，modprobe （model probe），modeprobe和insmod都是加载内核模块，区别是modprobe能够处理module加载时的依赖问题。比如，要加载一个 A 模块，但是 A 模块依赖于 B 模块，如果用insmod加载 A 模块就会出现加载错误信息，如果用modprobe加载 A 模块，就能够知道要先加载 B 模块后，才能加载 A 模块。
- 在使用modprobe加载内核模块之前，先要做两件事：（1）将内核模块拷贝到 /lib/modules/<内核版本> 目录下，（2）运行depmod命令，让内核读取/lib/modules/<内核版本> 目录下的所有模块，（3）运行modprobe 加载内核模块：sudo modprobe my_mod
sudo dmesg：查看日志记录；
sudo dmesg -C：清空日志信息，方便看到调试信息；

七、内核模块支持的参数传递：

1、内核模块支持参数的类型：

1、基本类型：字符型（char）, 布尔型（bool），整型（int），长整型（long），短整型（short），无符号整型（unsinged），字符指针（charp 内核提供了字符串分配，即char）*，bool类型的相反类型（invbool）
2、数组（Array）
3、字符串（string）

2、内核模块中定义参数的方法

普通参数：module_param (name, type, perm);
- name : 内核模块中变量的名称，同时又是用户向内核模块传入参数时所使用的参数名称。
- type : 如上面所述的基本类型
- perm：该参数设置了内核模块参数的访问权限，内核模块中的参数可以在 sysfs 文件系统中看到，权限就是用户可以在sysfs文件系统中的访问权限。
数组参数：module_param_array ( name, type, nump, perm);
- name : 内核模块程序中的数组名称，同时又是用户向内核模块传入参数时所使用的名称。
- type : 数组的类型，如：int型，char 型。
- nump：是一个指向整数的指针（通常定义为 static int num，然后传 &num）。当用户传递数组参数时，内核会自动计算实际传递的元素个数，并将该数值写入 nump 指向的内存。
- ★★注意：在用 insmod 给模块中数组传参的时候，不能用花括号赋值，要有逗号隔开输入；
★ module_param_string 的权限参数：控制用户空间通过 /sys 文件系统访问该参数的权限，与内核模块间的符号共享无关。EXPORT_SYMBOL：控制该参数能否被其他内核模块引用，与用户空间的访问权限无关。二者是独立的机制，权限设置不影响符号导出的有效性，导出的符号也不依赖于 /sys 文件的权限。

//普通参数示例：
static int mode = 1;
module_param(mode, int, S_IRUGO);	//S_IRUGO 表示 “所有用户（所有者、组、其他）都有读权限”，对应的八进制权限为 0444（r--r--r--）。//数组参数示例：
static int array[5]; // 最多接收5个元素；
static int array_size;  // 实际接收的元素数量
module_param_array(array, int, &array_size, 0644);/*
S_I : 只是一个前缀
R : 可读
W : 可写
X : 可执行
U : USR,所属用户
G : GROUP, 所属用户组
O : 其他用户另外一种设置方式：module_param(mode, int, 0644);  // 权限掩码 0644：u=rw, g=r, o=r（符合修正后需求）
用户（u）：6 → rw（读 + 写）；
组（g）：4 → r
其他（o）：4 → r（读）。这里给参数加了static，你可能会担心无法通过module_param暴漏给用户空间：
- module_param 宏的工作原理是通过符号表和内核参数系统将变量导出到 /sys 接口，与变量是否为 static