linux内核模块编程

主题： linux内核模块的程序结构--模块加载函数(必须)，模块卸载函数(必须)，模块许可证声明(必须)，模块参数(可选)，模块导出符号(可选)，模块作者的等信息声明(可选)

一个linux内核模块主要由以下几个部分组成。
1、模块加载函数"用module_init()来指定"(必须)
   当通过insmod和modprobe命令加载内核模块时，模块的加载函数会自动被内核执行，完成本模块的相关初始化工作。
linux模块加载函数一般以 __init表示声明。典型声明如下::
static int __init  initialization_function(void)
{
       /*初始化代码*/
}
module_init(initialization_function);
    模块加载函数必须使用module_init(函数名)的形式被指定。它返回整型值，若初始化成功，应返回0，而初始化失败时，应返回错误编码。在linux内核中，错误编码是一个负值，在<linux/errno.h>中定义，包括-ENODEV、-ENOMEM之类的符号值。返回相应的错误编码是种非常好的习惯，只有这样，应用程序才能利用perror等方法把他们转换成有意义的错误信息字符串。
    在2.6内核中，可以使用“request_module(const char *fmt,...)函数”加载内核模块（注意：前面加载模块都是通过insmod和modprobe来实现的），驱动开发人员可以通过调用::
request_module(module_name);
或
request_module("char-major-%d-%d",MAJOR(dev),MINOR(dev));
来加载其他内核模块。
   在linux内核中，所有表示为__init的函数在连接的时候放在.init.text这个区段内，此外，所有的__init函数在段.initcall.init中还保存了一份函数指针，在初始化时，内核会通过这些指针调用这些__init函数，并在初始化完成后释放init区段(.init.text,.initcall.init等)。
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2、模块卸载函数"用module_exit()来指定"(必须)
   当通过rmmod和modprobe -r命令卸载内核模块时，模块的卸载函数会自动被内核执行，完成与模块加载函数相反的功能。
   linux内核模块于在函数一般以__exit表示说明，典型的模块卸载函数的形式如下::
static void __exit  cleanup_function(void)
{
         /*释放代码*/
}
module_exit(cleanup_function);
   模块卸载函数在模块卸载的时候执行，不返回任何值，必须以"module_exit(函数名)"的形式来指定。
通常来说，模块卸载函数要完成与模块加载函数相反的功能，如下::
1>若模块加载函数注册了XXX，则模块卸载函数应该注销XXX；
2>若模块记载函数的动态申请了内存，则模块函数应该释放该该内存。
3>若模块加载函数申请了硬件资源(中断，DMA通道、I/O端口和I/O内存等)的占用，则模块卸载函数应该释放这些硬件资源。
4>模块加载函数一般用来开启硬件，模块卸载函数一般要关闭硬件。

和__init一样,__exit也可以使用对应函数在运行完成后自动回收内存。实际上，__init和__exit都是宏，
分别定义为::
#define __init __attribute__((__section__(".init.text")))
和
#ifdef MODULE
#define __exit __attribute__((__section__(".exit.text")))
#else
#define __exit    \ __attribute__used____attribute((__section__(".exit.text")))
#endif
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3、模块许可证声明"MODULE_LICENSE("Daul BSD/GPL")"(必须)
   模块许可证(LICENSE)声明描述内核模块的许可权限，如果不声明LICENSE，模块被加载时，将收到内核被污染(kernel tainted)的警告。
   在linux2.6内核中，可接受的LICENSE包括"GPL"、"GPL v2"、"GPL and additional rights"、"Dual BSD/GPL"、"Dual MPL/GPL"和"Proprietary"

大多数情况下，内核模块应遵循GPL兼容许可权。linux2.6内核模块中最常见的是以MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL")语句声明模块采用BSD/GPL双LICENSE.

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4、模块参数(可选)
“模块参数”是“模块被加载的时候可以被传递给模块的值”，它本身对应模块内部的“全部变量”。
   我们可以使用"module_param(参数名,参数类型,读/写权限)"为模块定义一个参数，例如::下列代码定义了一个整型参数和一个字符指针参数。
static char *book_name="深入浅出linux设备驱动";
static int num = 4000;
module_param(num,int,S_IRUGO);
module_param(book_name,charp,S_IRGUO);

在装载内核模块时，用户可以向内核模块传递参数，
形式为"sudo insmod/modprobe 模块名(例如linux.ko)   参数名=参数值"，若果不传递，参数将使用模块内定义的默认值。

向内核模块传递参数时，参数的类型可以是byte(字节),short(短整型)，ushort(无符号短整型),int,uint(无符号int),long,ulong(无符号long)、charp(字符指针)、bool或invbool(布尔的反),在模块被编译时会将module_param中声明的类型与变量定义的类型进行比较，判断是否一致。

   模块被加载后，在/sys/module目录下将出现以此模块名命名的目录。当"参数读/写权限"为0时，表示此“参数不存在sysfs文件系统下对应的文件节点”，如果此模块存在"参数读/写权限"不为0的命令行参数，在此模块的目录下将出现parameters目录，包含一系列“以参数名命名的文件节点”。同时，这些文件的权限就是通过传入module_param()的"参数读/写权限"，而文件的内容为参数的值。

   除此之外，模块也可以拥有参数数组，形式为"module_param_array(数组名,数组类型,数组长，参数读/写权限)"，在2.6.0~2.6.10版本，需将数组常变量名赋给"数组长",从2.6.10版本开始，需将数组长变量的指针赋给"数组长"，当不需要保存实际输入的数组元数个数时，可以设置"数组长"为NULL。
  
   运行insmod和modprobe命令时，应使用逗号分割输入的数组元素。
例如::
#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
   
static char *book_name="Dissecting Linux Device Driber";
static int num=4000;

static int __init book_init(void)
{
    printk(KERN_INFO"book name :%s\n",book_name);
    printk(KERN_INFO"book num :%s\n",num);
    return 0;
}

static void __exit book_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO"Book module exit\n");
}

module_init(book_init);
module_exit(book_exit);

module_param(num,int,S_IRUGO);
module_param(book_name,charp,S_IRUGO);

MODULE_AUTHOR("chenbaihu");
MODULE_VERSION("v1.0");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Module for testing module params");
编译该模块，Makefile为::
obj-m := module_param.o
kernel_path=/usr/src/kernels/2.6.29.6-217.2.16.fc11.i686.PAE 
//内核路径
all:
    make -C $(kernel_path)  M=$(PWD) modules
clean:
    make -C $(kernel_path)  M=$(PWD) clean
然后,运行make命令，进行编译.生成module_param.ko文件.
加载该模块.
第一种方案::
    “sudo insmod module_param.ko”命令时，运行结果为::
book name :Dissecting Linux Device Driber
book num :4000
第二种方案::
   “sudo insmod module_param.ko num=5000”命令时，运行结果为::
book name :Dissecting Linux Device Driber
book num :5000   //参数传入了。
进入/sys/module/module_param/下，输入tree命令::
.
|-- holders
|-- initstate
|-- notes
|-- parameters
|   |-- book_name     //模块参数文件
|   `-- num           //模块参数文件
|-- refcnt
|-- sections
|   `-- __param
|-- srcversion
`-- version
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5、模块导出符号(可选)
内核模块可以导出符号(symbol，对应与函数或变量)，这样其他模块可以使用本模块中的变量和函数。

     linux2.6的"/proc/kallsyms"文件对应这内核符号表，它记录了符号以及符号符号所在的内存地址。
模块可以使用如下宏导出符号到内核符号表::
    EXPORT_SYMBOL(符号名);
    EXPORT_SYMBOL_GPL(符合名);    //只是用于GPL许可权模块。
导出的符合将可以被其他模块使用，使用前声明以下既可以。

内核模块中的符号导出(例子)::
#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Daul BSD/GPL");

int add_integar(int a,int b)
{
    return a+b;
}
int sub_integer(int a,int b)
{
    return a-b;
}

EXPORT_SYMBOL(add_integar);    //导出函数
EXPORT_SYMBOL(sub_integer);    //导出函数
编译后,sudo insmod export_symbol.ko将该模块加入内核。
从"/proc/kallsyms"中可以找到add_integae\sub_integer相关信息。
使用"cat /proc/kallsyms|grep integar"命令，就可以看到下面的结果::
f99f8048 r __ksymtab_add_integar    [export_symbol]
f99f805c r __kstrtab_add_integar    [export_symbol]
f99f8000 T add_integar    [export_symbol]

6、模块作者等信息(可选)
MODULE_AUTOR("作者信息");
MODULE_DESCRIPTION("模块描述信息");
MODULE_VERSION("版本信息");
MODULE_ALIAS("别名信息");
MODULE_DEVICE_TABLE("设备表信息");
对于USB,PCI等设备驱动，通常会创建一个MODULE_DEVICE_TABLE,表示驱动所支持的设备列表。