怎么使用Linux内核模块

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一、模块定义

Linux内核使用xx_initcall_xx(fn)的宏来定义内核模块。

宏定义文件：include/linux/init.h，定义如下：

/* * Early initcalls run before initializing SMP. * * Only for built-in code, not modules. */#define early_initcall(fn)      __define_initcall(fn, early)/* * A "pure" initcall has no dependencies on anything else, and purely * initializes variables that couldn't be statically initialized. * * This only exists for built-in code, not for modules. * Keep main.c:initcall_level_names[] in sync. */#define pure_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 0)#define core_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 1)#define core_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 1s)#define postcore_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 2)#define postcore_initcall_sync(fn)  __define_initcall(fn, 2s)#define arch_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 3)#define arch_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 3s)#define subsys_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 4)#define subsys_initcall_sync(fn)    __define_initcall(fn, 4s)#define fs_initcall(fn)         __define_initcall(fn, 5)#define fs_initcall_sync(fn)        __define_initcall(fn, 5s)#define rootfs_initcall(fn)     __define_initcall(fn, rootfs)#define device_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 6)#define device_initcall_sync(fn)    __define_initcall(fn, 6s)#define late_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 7)#define late_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 7s)

其中：early_initcall(fn)只针对内核的核心代码，不能描述模块。

从上面代码可以看出，每个宏的实现都是__define_initcall(),其定义如下：

#define __define_initcall(fn, id) \    static initcall_t __initcall_##fn##id __used \    __attribute__((__section__(".initcall" #id ".init"))) = fn; \    LTO_REFERENCE_INITCALL(__initcall_##fn##id)    typedef int (*initcall_t)(void);

对于上面定义，需要关注以下几点：

1、initcall_t：是一个函数指针类型，定义__initcall_##fn##id，指向fn。

2、__used：在文件include/linux/compiler-gcc.h中定义为：# define __used __attribute__((__used__))，通知编译器在目标文件中保留一个静态函数，即使该函数未被使用。

3、__attribute__((__section__(".initcall" #id ".init")))：定义的函数指针位于.initcall*.init段中。

二、链接位置

在文件include/asm-generic/vmlinux.lds.h中，定义了宏INIT_CALLS，定义如下：

#define INIT_CALLS_LEVEL(level)                     \        VMLINUX_SYMBOL(__initcall##level##_start) = .;      \        *(.initcall##level##.init)              \        *(.initcall##level##s.init)             \#define INIT_CALLS                          \        VMLINUX_SYMBOL(__initcall_start) = .;           \        *(.initcallearly.init)                  \        INIT_CALLS_LEVEL(0)                 \        INIT_CALLS_LEVEL(1)                 \        INIT_CALLS_LEVEL(2)                 \        INIT_CALLS_LEVEL(3)                 \        INIT_CALLS_LEVEL(4)                 \        INIT_CALLS_LEVEL(5)                 \        INIT_CALLS_LEVEL(rootfs)                \        INIT_CALLS_LEVEL(6)                 \        INIT_CALLS_LEVEL(7)                 \        VMLINUX_SYMBOL(__initcall_end) = .;

在文件arch/arm64/kernel/vmlinux.lds.S 中，设置了宏INIT_CALLS在.init.data段中的分布位置，内容如下：

    .init.data : {        INIT_DATA        INIT_SETUP(16)        INIT_CALLS        CON_INITCALL        SECURITY_INITCALL        INIT_RAM_FS    }

在Linux内核编译链接后，会生成文件arch/arm64/kernel/vmlinux.lds。在该文件中将展开宏INIT_CALLS，并分配到.init.data段中，内容如下：

 .init.data : {...  __initcall_start = .; *(.initcallearly.init) __initcall0_start = .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init) __initcall1_start = .; *(.initcall1.init) *(.initcall1s.init) __initcall2_start = .; *(.initcall2.init) *(.initcall2s.init) __initcall3_start = .; *(.initcall3.init) *(.initcall3s.init) __initcall4_start = .; *(.initcall4.init) *(.initcall4s.init) __initcall5_start = .; *(.initcall5.init) *(.initcall5s.init) __initcallrootfs_start = .; *(.initcallrootfs.init) *(.initcallrootfss.init) __initcall6_start = .; *(.initcall6.init) *(.initcall6s.init) __initcall7_start = .; *(.initcall7.init) *(.initcall7s.init) __initcall_end = .;... }

注：在__initcall_start和__initcall_end之间是按照从0到7的顺序进行排列，对应pure_initcall(fn)到late_initcall_sync(fn)。

三、模块加载

Linux内核模块可以直接编译到内核映像，在内核启动时加载；也可以在系统启动后，通过insmod命令加载到内核。

Linux内核启动时，kernel_init线程会实现静态编译的内核模块加载。

1、程序调用流程

## kernel/init/main.cstart_kernel()->    rest_init()->        kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS) ## 1.创建内核线程kernel_init()->    kernel_init_freeable()->        do_basic_setup()->            do_initcalls()->      ## 2.模块加载过程                do_initcall_level()->                    do_one_initcall()

2、do_initcalls()函数

函数功能：按顺序扫描.init.data段中的每个等级，即：从__initcall0_start到__initcall_end。

## __initdata中的定义在static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {    __initcall0_start,     __initcall1_start,    __initcall2_start,    __initcall3_start,    __initcall4_start,    __initcall5_start,    __initcall6_start,    __initcall7_start,    __initcall_end,};static void __init do_initcalls(void){    int level;    for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)        do_initcall_level(level);}

3、do_initcall_level()函数

函数功能：在同一个等级中，按顺序扫描.initcall*.init到.initcall*s.init

static void __init do_initcall_level(int level){    ...    for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)        do_one_initcall(*fn);}

4、do_one_initcall()函数

函数功能：调用每个定义的模块函数。

int __init_or_module do_one_initcall(initcall_t fn){    ...    if (initcall_debug)        ret = do_one_initcall_debug(fn);    else        ret = fn(); ##调用某个定义的initcall函数    ...    return ret;}

注：每个fn()对应第一部分模块定义中的fn，例：device_initcall(fn)。

四、模块优先级

从上面函数的执行流程可以看出内核模块加载优先级如下：

early_initcall(fn)               ## 优先级最高，后续优先级依次降低pure_initcall(fn)core_initcall(fn)core_initcall_sync(fn)postcore_initcall(fn)postcore_initcall_sync(fn)arch_initcall(fn)arch_initcall_sync(fn)subsys_initcall(fn)subsys_initcall_sync(fn)fs_initcall(fn)fs_initcall_sync(fn)rootfs_initcall(fn)device_initcall(fn)device_initcall_sync(fn)late_initcall(fn)late_initcall_sync(fn)          ## 优先级最低

Linux内核模块的优先级决定了模块的加载顺序，在驱动开发时，需要关注有启动顺序要求的模块定义。

到此，关于“怎么使用Linux内核模块”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注创新互联网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！