linux内核开发入门学习

1. 目录结构

内核源代码下载 https://www.kernel.org

arch目录

arch是architecture的缩写。

内核所支持的每种CPU体系，在该目录下都有对应的子目录。每个CPU子目录又进一步分解为boot，mm，kernel等子目录，分别包含控制系统引导，内存管理，系统调用等。

block目录

部分块设备驱动程序

crypto目录

加密、压缩、CRC校验算法

documentation

内核的文档

drivers目录

设备驱动程序

fs目录

存放各种文件系统的实现代码，每个子目录对应一种文件系统的实现，公用的源程序用于实现虚拟文件系统的vfs

• devpts /dev/pts虚拟文件系统
• ext2 第二的扩展文件系统
• fat MS的fat32文件系统
• isofs ISO9660光盘cd-rom上的文件系统
• ...

include目录

内核所需要的头文件。与平台无关的放在include/linux子目录下，与平台相关的头文件则放在相应的子目录中。

lib目录

库文件代码

mm目录

mm目录中的文件用于实现内存管理中与体系结构无关的部分

net目录

网络协议的实现代码

samples目录

一些内核编程的实例

scripts目录

配置内核的脚本 security目录 SElinux的模块

sound目录

音频设备的驱动程序

usr目录

cpio命令的实现

virt目录

内核虚拟机

2. linux内核配置与编译

Linux内核具有可定制的优点，具体步骤如下：

1. 清除临时文件、中间文件和配置文件

删除产生的大部分文件，但保留配置

make clean

删除所有产生的文件和配置文件

make mrproper

删除所有产生的文件、配置文件以及编辑器备份文件和补丁文件

make distclean

2. 确定目标系统的软硬件的配置情况，比如CPU的类型、网上的型号，所需支持的网络协议等

3. 使用如下命令之一配置内核

基于文本模式的交互式配置

make config

基于文本模式的菜单型配置。（推荐使用）

make menuconfig

使用已有的配置文件（.config），但是会询问新增的配置选项

make oldconfig

图形化的配置（需安装图形化系统）

make xconfig

make config 是最为常用的内核配置方式，使用方法如下：

1. 使用方向键在各选项中移动

2. 使用“Enter”键进入下一层选单；每个选项上的高亮字母是键盘快捷方式，使用它可以快速地到达想要设置的选单项。

内核配置通常在一个已有的配置文件基础上，通过修改得到新的配置文件，linux内核提供了一系列可供参考的内核配置文件，位于arch/$cpu/configs

4. 编译内核

• make zimage
• make bzimage

区别：在x86平台，zimage只能用于小于512k的内核

如需获取详细编译信息，可使用：

• make zimage V=1
• make bzimage V=1

编译好的内核位于arch/$cpu/boot 目录下

5. 编译内核模块

make modules

6. 安装内核模块

make modules_install

将编译好的内核模块从内核源代码目录复制至/lib/modules下

7. 制作init ramdisk

mkinitrd initrd-$version $version

$version可以通过查询/lib/modules下的目录得到

3. 内核安装

1. cp arch/x86/boot/bzimage /boot/vmlinuz-$version

2. cp $initrd /boot/

3. 修改/etc/grub.conf 或者 /etc/lilo.conf

4. 模块功能

linux内核的整体结构非常庞大，把所有的组件都编译进内核文件，即：zimage或bzimage，会导致两个问题：一是生成的内核文件过大；二是如果要添加或删除某个组件，需要重新编译整个内核。

linux提供了一种叫做“内核模块”的机制，能让内核文件（zimage或bzimage）本身并不包含某组件，而是在该组件需要被使用的时候，动态地添加到正在运行的内核中。

内核模块具有如下特点：

• 模块本身并不被编译进内核文件（zimage或bzimage）
• 可以根据需求，在内核运行期间动态地安装或卸载

程序结构

1. 模块加载函数（必需）

   安装模块时被系统自动调用的函数，通过module_init宏来指定

2. 模块卸载函数（必需）

   卸载模块时被系统自动调用的函数，通过module_init宏来指定

范例

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int __init hello_init(void)
{
    printk(KERN_WARNING"Hello World!\n");
    return 0;
}

static void __exit hello_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Goodbye\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

模块的编译

在linux2.6下编译内核模块，通常使用makefile

安装与卸载

• 加载 insmod（insmod hello.ko）
• 卸载 rmmod （rmmod hello）
• 查看 lsmod
• 加载 modprobe （modprobe hello）

modprobe如同insmod，也是加载一个模块到内核，它的不同之处在于它会根据文件/lib/modules/<$version>/modules.dep来查看要加载的模块，如果是，modprobe会首先找到这些模块，把它们先加载到内核。

模块可选信息

1. 许可证申明

宏MODULE_LICENSE用来告知内核，该模块带有一个许可证，有效的许可证有“GPL”、“GPLv2”、“GPL and additional rights”、“Dual BSD/GPL”、“Dual MPL/GPL”和“Proprietary”。

2. 作者声明

MODULE_AUTHOR("your name");

3. 模块描述

MODULE_DESCRIPTION("Hello world module");

4. 模块版本

MODULE_VERSION("V1.0");

5. 模块别名

MODULE_ALIAS("a simple module");

6.模块参数

通过宏module_paran指定模块参数，模块参数用于在加载模块时传递参数给模块。

module_paran(name, type, perm)

name 是模块参数的名称（变量名），type是这个参数的类型

perm 是模块参数的访问权限

type常见值：bool布尔型、int整型、charp字符串型

perm常见值：

• S_IRUGO :任何用户都对于/sys/module中出现的该参数具有读权限
• S_IWUSR :允许root用户修改/sys/module中出现的该参数

例如：

int a = 3;
char *st;
module_param(a, int, S_IRUGO);
module_param(st, charp, S_IRUGO);

内核符号导出

/poc/kallsyms 记录了内核中所有导出的符号的名字与地址。

使用：

EXPORT_SYMBOL(符号名)

EXPORTSYMBOLGPL(符号名)

其中EXPORTSYMBOLGPL只能用于包含GPL许可证的模块。

*:first-child {
margin-top: 0 !important;
}

body>*:last-child {
margin-bottom: 0 !important;
}

/* BLOCKS
=============================================================================*/

p, blockquote, ul, ol, dl, table, pre {
margin: 15px 0;
}

/* HEADERS
=============================================================================*/

h1, h2, h3, h4, h5, h6 {
margin: 20px 0 10px;
padding: 0;
font-weight: bold;
-webkit-font-smoothing: antialiased;
}

h1 tt, h1 code, h2 tt, h2 code, h3 tt, h3 code, h4 tt, h4 code, h5 tt, h5 code, h6 tt, h6 code {
font-size: inherit;
}

h1 {
font-size: 28px;
color: #000;
}

h2 {
font-size: 24px;
border-bottom: 1px solid #ccc;
color: #000;
}

h3 {
font-size: 18px;
}

h4 {
font-size: 16px;
}

h5 {
font-size: 14px;
}

h6 {
color: #777;
font-size: 14px;
}

body>h2:first-child, body>h1:first-child, body>h1:first-child+h2, body>h3:first-child, body>h4:first-child, body>h5:first-child, body>h6:first-child {
margin-top: 0;
padding-top: 0;
}

a:first-child h1, a:first-child h2, a:first-child h3, a:first-child h4, a:first-child h5, a:first-child h6 {
margin-top: 0;
padding-top: 0;
}

h1+p, h2+p, h3+p, h4+p, h5+p, h6+p {
margin-top: 10px;
}

/* LINKS
=============================================================================*/

a {
color: #4183C4;
text-decoration: none;
}

a:hover {
text-decoration: underline;
}

/* LISTS
=============================================================================*/

ul, ol {
padding-left: 30px;
}

ul li > :first-child,
ol li > :first-child,
ul li ul:first-of-type,
ol li ol:first-of-type,
ul li ol:first-of-type,
ol li ul:first-of-type {
margin-top: 0px;
}

ul ul, ul ol, ol ol, ol ul {
margin-bottom: 0;
}

dl {
padding: 0;
}

dl dt {
font-size: 14px;
font-weight: bold;
font-style: italic;
padding: 0;
margin: 15px 0 5px;
}

dl dt:first-child {
padding: 0;
}

dl dt>:first-child {
margin-top: 0px;
}

dl dt>:last-child {
margin-bottom: 0px;
}

dl dd {
margin: 0 0 15px;
padding: 0 15px;
}

dl dd>:first-child {
margin-top: 0px;
}

dl dd>:last-child {
margin-bottom: 0px;
}

/* CODE
=============================================================================*/

pre, code, tt {
font-size: 12px;
font-family: Consolas, "Liberation Mono", Courier, monospace;
}

code, tt {
margin: 0 0px;
padding: 0px 0px;
white-space: nowrap;
border: 1px solid #eaeaea;
background-color: #f8f8f8;
border-radius: 3px;
}

pre>code {
margin: 0;
padding: 0;
white-space: pre;
border: none;
background: transparent;
}

pre {
background-color: #f8f8f8;
border: 1px solid #ccc;
font-size: 13px;
line-height: 19px;
overflow: auto;
padding: 6px 10px;
border-radius: 3px;
}

pre code, pre tt {
background-color: transparent;
border: none;
}

/* QUOTES
=============================================================================*/

blockquote {
border-left: 4px solid #DDD;
padding: 0 15px;
color: #777;
}

blockquote>:first-child {
margin-top: 0px;
}

blockquote>:last-child {
margin-bottom: 0px;
}

/* HORIZONTAL RULES
=============================================================================*/

hr {
clear: both;
margin: 15px 0;
height: 0px;
overflow: hidden;
border: none;
background: transparent;
border-bottom: 4px solid #ddd;
padding: 0;
}

/* TABLES
=============================================================================*/

table th {
font-weight: bold;
}

table th, table td {
border: 1px solid #ccc;
padding: 6px 13px;
}

table tr {
border-top: 1px solid #ccc;
background-color: #fff;
}

table tr:nth-child(2n) {
background-color: #f8f8f8;
}

/* IMAGES
=============================================================================*/

img {
max-width: 100%
}
-->