《Linux内核设计与分析》第十七章读书笔记

设备与模块

关于设备驱动和设备管理，四种内核成分。

• 设备类型：在所有Unix 系统中为了统一普通设备的操作所采用的分类．
• 模块： Linux 内核中用于按需加载和卸载目标码的机制．
• 内核对象：内核数据结构中支持面向对象的简单操作，还支持维护对象之间的父子关系。
• sysfs ：表示系统中设备树的一个文件系统。

17 .1 设备类型

在Linux 以及所有Unix 系统中，设备被分为以下三种类型

• 块设备
• 字符设备
• 网络设备

块设备通常缩写为blkdev，它是可寻址的，寻址以块为单位，块大小随设备不同而不同；
 
块设备通常支持重定位（ seeking ）操作，也就是对数据的随机访问。
 
块设备是通过称为“块设备节点”的特殊文件来访问的，井且通常被挂载为文件系统。

　　

字符设备通常缩写为cdev，它是不可寻址的，仅提供数据的流式访问，就是一个个字符，或者一个个字节。
 
字符设备是通过称为“字符设备节点”的特殊文件来访问的。
 
与块设备不同，应用程序通过直接访问设备节点与字符设备交互。

　　

网络设备最常见的类型：以太网设备（ethemet devices）
它提供了对网络的访问，
 
通过－个物理适配器和一种特定的协议（如IP 协议）进行的。
 
网络设备打破了Unix 的“所有东西都是文件”的设计原则，
它不是通过设备节点来访问，
而是通过套接字API 这样的特殊接口来访问。

　　

有些设备驱动是虚拟的，仅提供访问内核功能而已．我们称为“伪设备”（pseudo device ）

　　

17.2 模块

尽管Linux 是“单块内核”（ monolithic ）的操作系统
整个系统内核都运行于一个单独的保护域中，
但是Linux 内核是模块化组成的，
它允许内核在运行时动态地向其中插入或从中删除代码。
这些代码（包括相关的子例程、数据、函数人口和函数出口〉被一并组合在一个单独的二进制镜像中，
即所谓的可装载内核模块中，或简称为模块。
 
支持模块的好处是基本内核镜像可以尽可能地小，
因为可选的功能和驱动程序可以利用模块形式再提供。
 
模块允许我们方便地删除和重新载入内核代码，也方便了调试工作。
 
而且当热插拔新设备时，可通过命令载入新的驱动程序。

　　

17.2.1 Hello, World

hel lo_init －初始化函散， 当模块装载时被调用，如果成功装载返回零，否则返回非零值

hello_exit －退出函数，当模块卸载时披调用

module init(hello init);
module exit(hello exit);

hello_init的函数是模块的入口点，
它通过module_ init（）例程注册到系统中，在内核装载时被调用。
 
调用module_initO 实际上不是真正的函数调用，而是一个宏调用，它唯一的参数便是模块的初始化函数。
 
模块的所有初始化函数必须符合下面的形式：
int my _ init (void) ;
 
因为init 函数通常不会被外部函数直接调用，所以你不必导出该函数，故它可标记为static
类型．

　　

hello_ exit（）函数是模块的出口函数，
它由module_exit（）例程应册到系统．在模块从内存卸载时，内核便会调用hello_exit。
 
退出函数可能会在返回前负责清理资源，以保证硬件处于一致状态：或者做其他的一些操作。
 
exit 函数负责对init 函数以及在模块生命周期过程中所做的一切事情进行撤销工作，
在退出函数返回后， 模块就被卸载了。
退出函数必须符合以下形式：
void my_exit (void);
与init 函数一样，你也可以标记其为static.

　　

如果上述文件被静态地编译到内核映像中，那么退出函数将不被包含，而且永远都不会被调
 
MODULE_LICENSE（）宏用于指定模块的版权。
 
MODULE_AUTHOR（）宏和MODULE_DESCRIPTION（）宏指定了代码作者
和模块的简要描述，它们完全是用作信息记录目的。

　　

17.2.2 构建模块

1. 放在内核派代码树中

当你决定了把你的模块放入内核源代码树中，下一步要清楚你的模块应在内核源代码树中
处于何处。

设备驱动程序存放在内核源码树根目录下／drivers 的子目录下，在其内部，设备驱动
文件被进一步按照类别、类型或特殊驱动程序等更有序地组织起来。

2. 放在内核代码外

17.2.3 安装模块

编译后的模块将被装入到目录／li~／modules/version/kemel/ 下，

在kernel/ 目录下的每一个目录都对应着内核源码树中的模块位置。

如果使用的是2 .6.34 内核，而且将你的模块源代码直接
放在drivers/char／下，那么编译后的钓鱼竿驱动程序的存放路径将是：

/lib/modules/2.6.34/kemel/drivers/chai/fisbing.ko.

下面的构建命令用来安装编译的模块到合适的目录下
make modules install
通常需要以root 权限运行。

17.2.4 产生模块依赖性
Linux 模块之间存在依赖性

• 若想产生内核依赖关系的信息， root 用户可运行

        depmod

• 为了执行更快的更新操作，那么可以只为新模块生成依赖信息，而不是生成所有的依赖关

系，这时root 用户可运行命令
       depmod -A

　　模块依赖关系信息存放在/lib/modules/version/modules.dep 文件中．

17.2.5 戴入模块

载入模块最简单的方法是通过insmod 命令，请求内核载入指定的模块。
 
insmod 程序不执行任何依赖性分析或进一步的错误检查。
 
以root 身份运行命令：
insmod module .ko
这里， module.ko 是要载入的模块名称。
 
执行命令
insmod fishing.ko
 
卸载一个模块，你可使用rmmod 命令，它同样需要以root 身份运行
rmmod module
 
先进工具modprobe 提供了模块依赖性分析、错误智能检查、错误报告以及许多其他功能和选项。
为了在内核via modprobe 中插入模块，需要以root 身份运行
modprobe module [ module parameters ]
其中，参数module 指定了需要载入的模块各称，后面的参数将在模块加载时传入内核。

　　

modprobe 命令不但会加载指定的模块，而且会自动加载任何它所依赖的有关模块．所以说
它是加载模块的最佳机制。
modprobe 命令也可用来从内核中卸载模块，当然这也需要以root 身份运行：
modprobe -r modules
参数modules 指定一个或多个需要卸载的模块．与rmmod 命令不同， modprobe 也会装载给
定模块所依赖的相关模块，但其前提是这些相关模块没有被使用.

　　

17.2.6 管理配置选项

17.2. 7 模块参数

17.2.8 导出符号表

模块被载入后，就会被动态地连接到内核。注意，它与用户空间中的动态链接库类似，只有
当被显式导出后的外部函数，才可以被动态库调用。在内核中，导出内核函数需要使用特殊的指
令： EXPORT_ SYMBOL（）和EXPORT_SYMBOL_GPL（）。
导出的内核函数可以被模块调用，而来导出的函数模块则无陆被调用。