Linux內核模塊的編譯基礎知識

關於linux內核驅動的東西網絡上有很多，但網上的東西還是感覺有點籠統，讀過之後就忘了，還是需要寫下來，或者寫到本子上，自己形成一個概念好一些。讀了這本書上的東西，把覺得好的東西寫下來，已備不時之用，也強化記憶。

1 內核模塊的概念

介紹內核模塊的同時，也說明一下和應用程序的區別。雖然內容很多，但覺得都很有用。

1、內核模塊是一些可以讓操作系統內核在需要時載入和執行的代碼，同時在不需要的時候可以卸載。這是一個好的功能，擴展了操作系統的內核功能，卻不需要重新啓動系統，是一種動態加載的技術。

特點：動態加載，隨時載入，隨時卸載，擴展功能

2、內核模塊的加載作用：只是向linux內核預先註冊自己，以便於將來的請求使用。

也就是告訴內核，它有了新增的功能，而並不馬上使用（執行），而應用程序在加載後就開始執行。

3、內核模塊的代碼編寫沒有外部的函數庫可以用，只能使用內核導出的函數。而應用程序習慣於使用外部的庫函數，在編譯時將程序與庫函數鏈接在一起。例如對比printf( ) and printk( )

4、內核模塊代碼運行在內核空間，而應用程序在用戶空間。應用程序的運行會形成新的進程，而內核模塊一般不會。每當應用程序執行系統調用時，linux執行模式從用戶空間切換到內核空間。

2linux內核模塊的框架

最少兩個入口點

*模塊加載函數

*模塊卸載函數

通常使用module_init() and module_exit()兩個宏定義聲明模塊的加載函數和卸載函數，這個定義在linux2.6.x/include/linux/init.h中。內容爲：

#define module_init(x) __initcall(x)

//在內核啓動或模塊加載時執行

#define module_exit(x) __exitcall(x)

//在模塊卸載時執行

*每一個模塊只能有一個module_init 和一個module_exit。

一個簡單的內核模塊的源代碼.c格式如下：

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＃include<linux/module.h>   //所有內核模塊都必須包含這個頭文件

＃include<linux/kernel.h>    //使用內核信息優先級時要包含這個

＃include<linux/init.h>         //一些初始化的函數如module_init()

MODULE_LICENSE("GPL");  //模塊許可聲明

static int hello_init(void)

{}

static void hello_exit(void)

{}

module_init(hello_init);

module_exit(hell0_exit);

這兩個函數只是一種內部的聲明，或者說內部實現加載的一種方式，說到低還是在模塊內部的，內核並沒有加載模塊，真正要加載模塊要使用命令insmod卸載用rmmod.

關於linux設備驅動入門請參考另外一篇文章：linux驅動編程入門。

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3    2.6 系列內核模塊的編譯和加載

這裏講到內核模塊的編譯，2。6版本引入了kbuild，將外部內核模塊的編譯和內核源碼樹的編譯統一起來了。

內核源碼樹的目錄下都有兩個文件Kconfig（2.4版本是Config.in）和Makefile。分佈到各目錄的Kconfig構成了一個分佈式的內核配置數據庫，每個Kconfig分別描述了所屬目錄源文件相關的內核配置菜單。在內核配置make menuconfig(或xconfig等)時，從Kconfig中讀出菜單，用戶選擇後保存到.config的內核配置文件中。在內核編譯時，主 Makefile調用這個.config，就知道了用戶的選擇。

*上面的內容說明了，Kconfig就是對應着內核的配置菜單。如果要想添加新的驅動到內核的源碼中，可以修改Kconfig,這樣就可以選擇這個驅動，如果想使這個驅動被編譯，要修改Makefile

添加新的驅動時需要修改的文件有兩種（注意不只是兩個）

*Kconfig

*Makefile

要想知道怎麼修改這兩種文件，就要知道兩種文件的語法結構

3.1 Kconfig

每個菜單都有一個關鍵字標識，最常見的就是config

語法：

config

symbol是一個新的標記的菜單項，options是在這個新的菜單項下的屬性和選項

其中options部分有：

1、類型定義：

每個config菜單項都要有類型定義，bool布爾類型、 tristate三態：內建、模塊、移除 string字符串、 hex十六進制、 integer整型

例如config HELLO_MODULE

bool "hello test module"

bool類型的只能選中或不選中，tristate類型的菜單項多了編譯成內核模塊的選項，如果選擇編譯成內核模塊，則會在.config中生成一個CONFIG_HELLO_MODULE=m的配置，如果選擇內建，就是直接編譯成內核影響，就會在.config中生成一個 CONFIG_HELLO_MODULE=y的配置.

2、依賴型定義depends on或requires

指此菜單的出現與否依賴於另一個定義

config HELLO_MODULE

bool "hello test module"

depends on ARCH_PXA

這個例子表明HELLO_MODULE這個菜單項只對XScale處理器有效。

3、幫助性定義

只是增加幫助用關鍵字help或者---help---

3.2 內核的Makefile

在linux2.6.x/Documentation/kbuild目錄下有詳細的介紹有關kernel makefile的知識。

linux2.6內核的Makefile分爲5個組成部分：

Makefile     最頂層的Makefile 
.config        內核的當前配置文件，編譯時成爲定層Makefile的一部分
arch/$(ARCH)/Makefile    與體系結構相關的Makefile
s/ Makefile.*      一些Makefile的通用規則
kbuild Makefile           各級目錄下的大概約500個文件，編譯時根據上層Makefile傳下來的宏定義和其他編譯規則，將源代碼編譯成模塊或者編入內核

頂層的Makefile文件讀取 .config文件的內容，並總體上負責build內核和模塊。Arch Makefile則提供補充體系結構相關的信息。 s目錄下的Makefile文件包含了所有用來根據kbuild Makefile 構建內核所需的定義和規則。

（其中.config的內容是在make menuconfig的時候，通過Kconfig文件配置的結果，上面已經說過）

對於大部分內核模塊或設備驅動的開發者和使用者來說，最常接觸到的就是各層目錄下基於kbuild架構的kbuild Makefile文件。主要部分有：
1、目標定義，目標定義就是用來定義哪些內容要做爲模塊編譯，哪些要編譯鏈接進內核。

最簡單的只有一行，如
obj-y += foo.o
表示要由foo.c或者foo.s文件編譯得到foo.o並鏈接進內核，而obj-m則表示該文件要作爲模塊編譯。除了y，m以外的obj-x形式的目標都不會被編譯。

由於既可以編譯成模塊，也可以編譯進內核，更常見的做法是根據.config文件的CONFIG_ 變量來決定文件的編譯方式，如：
obj-$(CONFIG_HELLO_MODULE) += hello.o ,這個已經在7.2.3.1中說明過。
除了obj-形式的目標以外，還有lib-y library庫，hostprogs-y 主機程序等目標，但是基本都應用在特定的目錄和場合下
2、多目標

一個內核模塊由多個源文件編譯而成，這是Makefile有所不同。

採用模塊名加 –objs後綴或者 –y後綴的形式來定義模塊的組成文件。

如以下例子：
obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o
ext2-y := balloc.o bitmap.o
ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o
模 塊的名字爲ext2，由balloc.o和bitmap.o兩個目標文件最終鏈接生成ext2.o 直至ext2.ko文件，是否包括xattr.o取決於內核配置文件的配置情況。如果CONFIG_EXT2_FS的值是y也沒有關係，在此過程中生成的 ext2.o將被鏈接進built-in.o最終鏈接進內核。這裏需要注意的一點是，該kbuild Makefile所在的目錄中不應該再包含和模塊名相同的源文件如ext2.c/ext2.s

或者寫成如-objs的形式：
obj-$(CONFIG_ISDN) += isdn.o
isdn-objs := isdn_net_lib.o isdn_v110.o isdn_common.o
3、目錄的迭代

obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/
如果CONFIG_EXT2_FS 的值爲y或m，kbuild將會將ext2目錄列入向下迭代的目標中，但是其作用也僅限於此，具體ext2目錄下的文件是要作爲模塊編譯還是鏈入內核，還是有ext2目錄下的Makefile文件的內容來決定的

4、不同的模塊編譯方式

編譯模塊的時候，你可以將模塊放在代碼樹中，用Make modules的方式來編譯你的模塊，你也可以將模塊相關文件目錄放在代碼樹以外的位置，用如下命令來編譯模塊：
make -C path/to/kernel/src M=$PWD modules
-C指定內核源碼的根目錄，$PWD 或 `PWD` 是當前目錄的環境變量，告訴kbuild回到當前目錄來執行build操作。

5、模塊安裝

當你需要將模塊安裝到非默認位置的時候，你可以用INSTALL_MOD_PATH 指定一個前綴，如：
make INSTALL_MOD_PATH=/foo modules_install
模塊將被安裝到 /foo/lib/modules目錄下

注意2.6和2.4版本編譯結果的不同，內核模塊在2.6下是.ko後綴，取代了2.4下的.o後綴，使內核模塊和普通的目標文件區別開。（比較好呀）

【轉自：http://www.eefocus.com/manu20/blog/08-07/152597_cfc44.html#articletop】