Ори Померанц - Энциклопедия разработчика модулей ядра Linux

                echo

                echo X and kernel programming do not mix.

                echo Do the insmod and rmmod from outside X

Так, теперь единственное, что надо сделать, это выполнить su, чтобы зайти как root (Вы не компилировали модуль как root, не так ли?[1]) Теперь скомандуйте insmod hello и rmmod hello. Когда Вы даете эти команды, обратите внимание на Ваш новый модуль в /proc/modules.

Между прочим, причина, почему Makefile предостерегает против выполнения из X в том, что когда ядро имеет сообщение, чтобы печатать его с помощью printk, оно посылает его на консоль. Когда Вы не используете X, оно придет на терминал, который вы используете (тот, который Вы выбрали Alt-F<n>) и Вы его увидите. Когда Вы используете X, имеются две возможности. Или Вы имеете консоль открытой с xterm -C, тогда вывод будет послан туда, или Вы консоль не видите, тогда вывод будет идти на терминал 7 — тот, который «захвачен» X.

Если в ядре происходит ошибка, у Вас больше шансов получить из ядра отладочные сообщения, если Вы работаете в текстовой консоли, чем если Вы работаете в X. Вне X вывод printk идет непосредственно с ядра на консоль. В X printk идет на процесс режима пользователя (xterm -C). Когда этот процесс получает время CPU, предполагается послать дааные X процессу. Затем, когда X сервер получает время, сообщение отобразится, но нестабильное ядро обычно означает, что система собирается разрушиться или перезагружаться, так что Вы не успеете получить сообщения об ошибках, которые могли бы объяснить Вам, что именно пошло неправильно. Так что, никаких иксов!

Модули ядра из нескольких файлов

Иногда имеет смысл разделить модуль на несколько файлов. В этом случае Вы должны делать следующее:

1. Во всех исходных файлах добавьте строку #define __NO_VERSION__. Это важно, потому что module.h обычно включает определение kernel_version, глобальная переменная версии ядра для которой компилируется модуль. Если Вы нуждаетесь в version.h, Вы должны включить его непосредственно, потому что module.h не будет делать этого после указания __NO_VERSION__.

2. Скомпилируйте все исходные файлы как обычно.

3. Объедините все объектные файлы в один. Под x86 это делается командой:

ld -m elf_i386 -r -o <имя_модуля>.o <1-ый исходный файл>.o <2-ой исходный файл>.o.

Пример такого модуля:

/* start.c

* Copyright (C) 1999 by Ori Pomerantz

*

* "Hello, world" - the kernel module version.

* This file includes just the start routine

*/

/* The necessary header files */

/* Standard in kernel modules */

#include <linux/kernel.h>   /* We're doing kernel work */

#include <linux/module.h>   /* Specifically, a module */

/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */

#if CONFIG_MODVERSIONS==1

#define MODVERSIONS

#include <linux/modversions.h>

#endif

/* Initialize the module */

int init_module() {

 printk("Hello, world - this is the kernel speakingn");

 /* If we return a non zero value, it means that

  * init_module failed and the kernel module

  * can't be loaded */

 return 0;

}

/* stop.c

* Copyright (C) 1999 by Ori Pomerantz

*

* "Hello, world" - the kernel module version. This

* file includes just the stop routine.

*/

/* The necessary header files */

/* Standard in kernel modules */

#include <linux/kernel.h> /* We're doing kernel work */

#define __NO_VERSION__ /* This isn't "the" file of the kernel module */

#include <linux/module.h> /* Specifically, a module */

#include <linux/version.h> /* Not included by module.h because of the __NO_VERSION__ */

/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */

#if CONFIG_MODVERSIONS==1

#define MODVERSIONS

#include <linux/modversions.h>

#endif

/* Cleanup - undid whatever init_module did */

void cleanup_module(){

 printk("Short is the life of a kernel modulen");

}

# Makefile for a multifile kernel module

CC=gcc

MODCFLAGS := -Wall -DMODULE -D__KERNEL__ -DLINUX

hello.o:        start.o stop.o

                ld -m elf_i386 -r -o hello.o start.o stop.o

start.o:        start.c /usr/include/linux/version.h

                $(CC) $(MODCFLAGS) -c start.c

stop.o:         stop.c /usr/include/linux/version.h

                $(CC) $(MODCFLAGS) -c stop.c

Файлы символьных устройств

Имеются два главных пути для общения модуля разговаривать с процессами. Первый идет через файлы устройства (подобно файлам в каталоге /dev), другой должен использовать файловую систему proc. Поскольку одной из главных причин написания модуля ядра, является поддержка некоего аппаратного устройства, мы начнем с файлов устройства. 

Первоначальная цель файлов устройства состоит в том, чтобы позволить процессам связываться с драйверами устройства в ядре, и через них с физическими устройствами (модемы, терминалы, и т.д.). 

Каждый драйвер устройства, который является ответственным за некоторый тип аппаратных средств, имеет собственный главный номер. Список драйверов и их главных номеров доступен в /proc/devices. Каждое физическое устройство, управляемое драйвером устройства имеет малый номер. Каталог /dev включает специальный файл, названный файлом устройства, для каждого из тех устройств, которые реально установлены в системе. 

Например, если Вы даете команду ls -l /dev/hd[ab]*, вы увидите все IDE разделы жесткого диска, которые могли бы быть связаны с машиной. Обратите внимание, что все из них используют тот же самый главный номер, 3, но малые номера у каждого свои! Оговорка: Считается, что вы используете архитектуру PC. Я не знаю ничего относительно файлов устройств Linux на других архитектурах.

Когда система была установлена, все файлы устройств были созданы командой mknod. Не имеется никакой технической причины, по которой они должны быть в каталоге /dev, это только полезное соглашение. При создании файла устройства для целей тестирования, как с упражнением здесь, вероятно имело бы смысл поместить его в каталог, где Вы компилируете модуль.

Устройства разделены на два типа: символьные и блочные. Различие в том, что блочные имеют буфер для запросов, так что они могут выбирать в каком порядке им отвечать. Это важно в случае устройств памяти, где скорее понадобится читать или писать сектора, которые ближе друг к другу, чем те, которые находятся далеко. Другое различие: блочные устройства могут принимать ввод и возвращать вывод только в блоках (чей размер может измениться согласно устройству), в то время как символьные устройства могут использовать столько байтов, сколько нужно. Большинство устройств в мире символьно, потому что они не нуждаются в этом типе буферизации и не работают с фиксированным размером блока. Вы можете узнать, является ли устройство блочным или символьным, рассматривая первый символ в выводе ls -l. Если это "b", значит устройство блочное, а если "c", то символьное.

Этот модуль разделен на две отдельных части: часть модуля, которая регистрирует устройство и часть драйвера устройства. init_module вызывает module_register_chrdev, чтобы добавить драйвер устройства к символьной таблице драйверов устройств ядра. Этот вызов также возвращает главный номер, который нужно использовать для драйвера. Функция cleanup_module вычеркивает из списка устройство.

Это (регистрация и отмена регистрации) основные функциональные возможности этих двух функций. Действия в ядре не выполняются по собственной инициативе, подобно процессам, а вызываются процессами через системные вызовы или аппаратными устройствами через прерывания или другими частями ядра (просто вызывая специфические функции). В результате, когда Вы добавляете код к ядру, вы регистрируете его как драйвер для некоторого типа события, и когда Вы удаляете его, вы отменяете регистрацию.

Драйвер устройства выполняет четыре действия (функции), которые вызываются, когда кто-то пробует делать что-либо с файлом устройства, который имеет наш главный номер. Ядро знает, что вызвать их надо через структуру file_operations, Fops, который был дан, когда устройство было зарегистрировано, включает указатели на те четыре функции, которые данное устройство выполняет.

Еще мы должны помнить, что мы не можем позволять модулю выгружаться командой rmmod всякий раз, когда root захочет его выгрузить. Причина в том что, если файл устройства открыт процессом, и мы удаляем модуль, то использование файла вызвало бы обращение к точке памяти где располагалась соответствующая функция. Если мы удачливы, никакой другой код не был загружен туда, и мы получим уродливое сообщение об ошибках. Если мы неудачливы (обычно так и бывает), другой модуль был загружен в то же самое место, что означает переход в середину другой функции внутри ядра. Результаты этого невозможно предсказывать, но они не могут быть положительны.

Обычно, когда Вы не хотите выполнять что-либо, Вы возвращаете код ошибки (отрицательное число) из функции, которая делает данное действие. С cleanup_module такой фокус не пройдет: если cleanup_module вызван, модуль завершился. Однако, имеется счетчик использований, который считает, сколько других модулей используют этот модуль, названный номером ссылки (последний номер строки в /proc/modules). Если это число не нулевое, rmmod будет терпеть неудачу. Счетчик модульных ссылок доступен в переменной mod_use_count_. Так как имеются макрокоманды, определенные для обработки этой переменной (MOD_INC_USE_COUNT и MOD_DEC_USE_COUNT), мы предпочитаем использовать их, а не mod_use_count_ непосредственно, так что мы будем в безопасности, если реализация изменится в будущем.