一. 摘要
這篇文章主要介紹了Linux內核模塊的相關概念，以及簡單的模塊開發過程。主要從模塊開發中的常用指令、內核模塊程序的結構、模塊使用計數以及模塊的編譯等角度對內核模塊進行介紹。在Linux系統開發過程中，以模塊的形式開發其重要性不言自明，而在嵌入式設備驅動開發中將驅動程序以模塊的形式發布，更是極大地提高了設備使用的靈活性——用戶只需要拿到相關驅動模塊，再插入到用戶的內核中，即可靈活地使用你的設備。
二. 文章提綱
1. 摘要
2. 文章提綱
3. 概述
4. 模塊開發常用的指令
5. 內核模塊程序結構
6. 模塊使用計數
7. 模塊的編譯
8. 使用模塊繞開GPL
9. 總結
三.概述
Linux內核整體結構已經很龐大，包含了很多的組件，而對於我們工程師而言，有兩種方法將需要的功能包含進內核當中。
一：將所有的功能都編譯進Linux內核。
二：將需要的功能編譯成模塊，在需要的時候動態地添加。
上述兩種方式優缺點分析：
第一種：
優點：不會有版本不兼容的問題，不需要進行嚴格的版本檢查
缺點：生成的內核會很大；要在現有的內核中添加新的功能，則要編譯整個內核
第二種：
優點：模塊本身不編譯進內核，從而控制了內核的大小；模塊一旦被加載，將和其它的部分完全一樣。
缺點：可能會有內核與模塊版本不兼容的問題，導致內核崩潰；會造成內存的利用率比較低。
四.模塊開發常用的指令
在內核模塊開發的過程中常用的有以下指令。
1） insmod: 將模塊插入內核中，使用方法：#insmod XXX.ko
2） rmmod: 將模塊從內核中刪除，使用方法：#rmmod XXX.ko
3） lsmod: 列表顯示所有的內核模塊，可以和grep指令結合使用。使用方法：#lsmod | grep XXX
4） modprobe: modprobe可載入指定的個別模塊，或是載入一組相依賴的模塊。modprobe會根據depmod所產生的依賴關系，決定要載入哪些模塊。若在載入過程中發生錯誤，在modprobe會卸載整組的模塊。依賴關系是通過讀取 /lib/modules/2.6.xx/modules.dep得到的。而該文件是通過depmod 所建立。
5） modinfo: 查看模塊信息。使用方法：#modinfo XXX.ko
6） tree –a: 查看當前目錄的整個樹結構。使用方法：#tree -a
五.內核模塊程序結構
1） 模塊加載函數（一般需要）
在用insmod或modprobe命令加載模塊時，該函數被執行。完成模塊的初始化工作。
Linux內核的模塊加載函數一般用__init標識聲明，模塊加載函數必須以module_init(函數名)的形式被指定。該函數返回整型值，如果執行成功，則返回0，初始化失敗時則返回錯誤編碼，Linux內核當中的錯誤編碼是負值，在<linux/errno.h>中定義。
在Linux中，標識__init的函數在連接時放在.init.text這個區段，而且在.initcall.init中保留一份函數指針，初始化的時候內核會根據這些指針調用初始化函數，初始化結束后釋放這些init區段（包括前兩者）。
代碼清單：
1 static int __init XXX_init(void) 2 3 { 4 5 return 0; 6 } 7 8 9 10 moudle_init(XXX_init);
2） 模塊卸載函數（一般需要）
在用rmmod或modprobe命令卸載模塊時，該函數被執行。完成與加載相反的工作。
模塊的卸載函數和模塊加載函數實現相反的功能，主要包括
- 若模塊加載函數注冊了XXX，則模塊卸載函數注銷XXX
- 若模塊加載函數動態分配了內存，則模塊卸載函數釋放這些內存
- 若模塊加載函數申請了硬件資源，則模塊卸載函數釋放這些硬件資源
- 若模塊加載函數開啟了硬件資源，則模塊卸載函數一定要關閉這些資源
代碼清單：
1 static void __exit XXX_exit(void) 2 3 { 4 5 } 6 7 8 9 moudle_exit(XXX_exit);
3） 模塊許可證聲明（必須）
如果不聲明，則在模塊加載時會收到內核被污染的警告，一般應遵循GPL協議。
代碼清單：
1 MODULE_LICENSE("GPL");
4） 模塊參數（可選）
模塊在被加載時傳遞給模塊的值，本身應該是模塊內部的全局變量。
示例程序book.c
1 #include <linux/init.h> 2 3 #include <linux/module.h> 4 5 6 7 static char *bookName = "Good Book."; 8 9 static int bookNumber = 100; 10 11 12 13 static int __init book_init(void) 14 15 { 16 17 printk(KERN_INFO "Book name is %s\n", bookName); 18 19 printk(KERN_INFO "Book number is %d\n", bookNumber); 20 21 return 0; 22 23 } 24 25 26 27 static void __exit book_exit(void) 28 29 { 30 31 printk(KERN_INFO "Book module exit.\n"); 32 33 } 34 35 36 37 module_init(book_init); 38 39 module_exit(book_exit); 40 41 module_param(bookName, charp, S_IRUGO); 42 43 module_param(bookNumber, int, S_IRUGO); 44 45 46 47 MODULE_LICENSE("GPL");
在向內核插入模塊的時候可以用以下方式，並且可以在內核日志中看到模塊加載以后變量已經有了值。
5） 模塊導出符號（可選）
使用模塊導出符號，方便其它模塊依賴於該模塊，並使用模塊中的變量和函數等。
在Linux2.6的內核中，/proc/kallsyms文件對應着符號表，它記錄了符號和符號對應的內存地址。對於模塊而言，使用下面的宏可以導出符號。
1 EXPORT_SYMBOL(符號名);
或
1 EXPORT_GPL_SYMBOL(符號名);
6） 模塊信息（可選）
模塊信息則是指模塊的作者信息等。
六.模塊使用計數
Linux內核提供了MOD_INC_USE_COUNT和MOD_DEC_USE_COUNT宏來管理模塊使用計數。但是對於內核模塊而言，一般不會自己管理使用計數。
七.模塊的編譯
將下面的Makefile文件放在book.c同級的目錄下，然后使用#make命令或者#make all命令編譯即可生成book.ko模塊文件。
對應的Makefile：
1 ifneq ($(KERNELRELEASE),) 2 3 mymodule_objs := book.o 4 5 obj-m := book.o 6 7 else 8 9 PWD := $(shell pwd) 10 11 KVER ?= $(shell uname -r) 12 13 KDIR := /usr/src/linux-headers-2.6.38-8-generic 14 15 16 17 all: 18 19 $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) 20 21 clean: 22 23 rm -rf *.mod.c *.mod.o *.ko *.o *.tmp_versions *.order *symvers 24 25 endif
八.使用模塊繞開
如果功能不編譯成模塊，則無法繞開GPL，編譯成模塊后公司發布產品則只需要發布模塊，而不需要發布源碼。為了Linux系統能夠支持模塊，需要做以下的工作：
- 內核編譯時選擇“可以加載模塊”，嵌入式產品一般都不需要卸載模塊，則可以不選擇“可卸載模塊”
- 將我們的ko文件放在文件系統中
- Linux系統實現了insmod、rmmod等工具
- 使用時可以用insmod手動加載模塊，也可以修改/etc/init.d/rcS文件，從而在系統啟動的時候就加載模塊。
九.總結
本文主要介紹內核模塊的概念和基本編程方法，內核模塊主要由加載、卸載函數功能函數等一系列聲明組成。它可以被傳入參數，也可以導出符號，供其它的模塊使用。