内核模块是什么？

Linux下的内核模块类似于Windows下的DLL动态链接库技术，和我们平常所使用的一些动态链接的SDK库一样，只是调用者是内核而已，不是用户态的程序。

内核模块拥有的的权限是和用户态一样吗？

内核模块是活跃在Linux内核中的，它的权限更多，与内核空间下的进程一样的权限，比用户态的权限要高，意味着它拥有对物理设备以及内存中其它空间的访问权限，一般嵌入式开发时内核模块用到的比较多，用于开发LED模块等等。

内核是如何维护模块的？

内核在加载模块时会将模块的符号信息写入一张符号表里，这个表里记录着所有模块的符号地址，用于维护函数之间的调用。

此外内核还会去分析模块之间的依赖性，所以内核还要去维护模块之间的依赖性，如有些模块依赖别的模块的功能，内核加载模块前需要校验当前内核是否有依赖的模块在运行，否则停止加载此模块，不然会产生出乎意料的问题。

内核模块在内核中是如何运行的？

当内核把模块加载到内核空间时，模块就像用户态的程序一样，被加载到内存空间了，只是加载到的空间地址不一样，只是把这一个程序加载到内核空间去了，而不是用户空间，所以内核模块其实运行和用户态的程序没有区别，只是权限不一样。

内核模块有什么优点？

对于Linux内核来说，这样的好处在于可以将一部分功能以模块的方式分割出去，从而节省内核体积，因为有许多功能可能平常内核压根用不到，如果加载到内核空间去，会浪费系统资源，第一占用内存，第二内核态的程序会被单独一个核执行，即便这个内核模块一直执行的是while(0)这样的指令，也会浪费CPU效率，所以这样做法能节省内存资源，以及系统调用。

内核模块有什么缺点？

缺点显而易见，内核模块拥有和内核态一样的权限，如果一些不好的内核模块可能导致电脑死机，或者一些出乎意料的事情发生，让整个系统混乱或者崩溃，访问了一些PC机上规定一些只读区域，或者修改了一些硬件资源，修改GDT与LDT等都有可能导致系统混乱。

其次是内核模块编写时只能使用内核态提供的函数，而且不能去进行浮点数运算，至于为什么可见我写的这一篇文章：https://blog.csdn.net/bjbz_cxy/article/details/106103927

刚刚说内核模块必须使用内核提供的函数，如果内核版本与内核模块版本不一致，就会导致一些奇怪的问题，如内核迭代过程中某些函数被废弃，或者内核的一些特性改了，都会导致内核模块无法正常执行。

内核模块如何编写？

我们可以在任何Linux发行版上进行内核模块开发，内核模块开发流程比较简单，就像我们平时写c语音代码那样就可以了，只是需要符合一些规则，其次不能使用自定编译器编译，我们只能使用makefile进行编译，且makefile需要符合kbuild规则。

什么是kbuild？

kbuild是Linux内核项目里所使用的一种Makefile编译脚本，它基于Makefile，扩展了一些写法，也就是说我们开发的内核模块需要符合Linux内核的代码规则，写法是很统一的，这是Linux为了防止不同开发者有不同的编写风格，为了风格一致而提出的解决方案，不然那么多开发者们所编写代码，岂不是乱糟糟的，我相信这一点对于已经工作的小伙伴们来说非常容易理解，因为公司都有自己的代码风格，Linux内核也是。

内核模块有几种编译方式？

有两种，第一种是基于Linux内核的编译，也就是说把我们的内核模块代码文件，放入到Linux内核项目里，然后在Makefile文件里增加我们的内核模块文件路径，最后在config里配置选上我们的内核模块，然后执行make编译Linux内核，这样我们的内核模块就会被附加到Linux内核里了。

第二种是单独编译，这个也是基于Linux内核，只是我们可以在任意磁盘文件上对这个内核模块进行编译，但是需要自己编写Makefile文件，并且在Makefile文件里需要指定Linux内核源码路径，因为kbuild编译需要加载Linux内核里的一些库，这也是我们上面说过，为什么某些模块只能在对应的内核版本里运行，因为编译依赖，我们我们直接make，就会生成.ko文件，这个是Linux内核模块文件扩展名，这样一个单独编译的内核模块就生成了，可以使用“insmod”命令去加载模块，在任意发行版上加载，需要root权限。

开始编写Linux内核模块

第一步创建.c文件，不能使用c++或者其它编程语言，需要符合Linux内核项目体系，Linux是c语言和少量汇编写的，所以编译器基本上是GCC还有GNU其它的一些项目编译器

创建一个.c文件,文件名可以随便起，这个是没有限制的

这里我创建一个名为“hello”的c语言源文件，并进入编辑模式

vim hello.c

写代码前，先介绍几个宏定义：

当我们编写完模块后使用“modinfo”命令可以查看模块的一些信息，使用这些宏可以定义我们的信息

MODULE_AUTHOR 定义模块作者

MODULE_LICENSE 协议许可证一般定义为GPL,注意因为是Linux内核上，我们使用的都是GNU的编译器，一般只能是GPL，因为这是GNU组织的规定，如果你使用它们的产品开发软件，许可证上必须是GPL，GPL协议的作用可以互联网搜索一下

MODULE_DESCRIPTION 说明，模块说明

MODULE_ALIAS 模块别名

“MODULE_AUTHOR ”和“MODULE_LICENSE ”是必须要写的，这样才能符合Linux内核模块的标准，“MODULE_DESCRIPTION”和“MODULE_ALIAS ”可选

在介绍两个函数

module_init 定义入口函数，也就是定义当模块加载后执行的第一个函数，启动函数

module_exit 定义退出函数，当模块被卸载后，Linux内核会去调用这个函数

类似Windows上的进入与退出事件

在模块里是没有Main函数的，因为模块是被链接，而非直接编译成elf文件，模块最终会被编译成.o文件，然后在格式化成.ko文件，这些文件是库文件，不允许有主函数，它们只能被Linux内核加载，并调用，这相当于一个主从关系。

其次这里说一下编写init和exit函数时需要在后面加上_init

如hello_init，这样写函数命名符合Linux的一些关键函数规范，当然你也可以不加，这些是Linux内核的代码规范，建议加上

首先第一步我们需要包含三个常用的基本头文件：

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

介绍一下三个头文件的作用：

linux/module.h 包含了一些常用的宏函数还有一些基本数据结构，MODULE_AUTHOR 这些宏就包含在这个头文件上

linux/init.h 包含一些常用初始化函数，如module_init这些函数就存在于这个头文件下

linux/moduleparam.h 包含了一些用户态向内核态模块传递参数的函数，当模块被加载到内核态时，我们传递参数的话是不能像用户态那样，必须是使用内核态的一些获取参数方法

具体可以进入到Linux源代码下去看一下这些头文件里的函数定义

这里第一步我们不在定义main函数咯，而是先注册好一些基本信息，这里我就不注册别名之类的了

MODULE_AUTHOR("Kevin Taylor");
MODULE_LICENSE("GPL");

编写一个init函数：

static int __init hello_init(void){}

这里要定义成静态函数，防止被其它源文件调用，__init是Linux内核下的一个宏，注册函数要求前面加上这个

在定义一个退出函数：

static void __exit hello_exit(void){}

我们在使用module_init与module_exit注册一下：

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

这样一个基本的Linux模块代码基本架构就完成了。

注意这里不能使用任何用户态的代码，如printf，还有open等等这些函数，这些函数都是基于Linux内核里的函数实现的，所以这里我们需要使用Linux内核态的一些函数，如printk就是打印函数

所以这里我们使用printk进行打印：

先介绍一下printk吧：

printk参数与printf一样，但是printk的打印是有级别的，且打印出的数据是不会出现在终端tty的，而是放入到内核日志缓冲区里，
而printk有打印级别：

#define KERN_EMERG 0/*紧急事件消息，系统崩溃之前提示，表示系统不可用*/#define KERN_ALERT 1/*报告消息，表示必须立即采取措施*/#define KERN_CRIT 2/*临界条件，通常涉及严重的硬件或软件操作失败*/#define KERN_ERR 3/*错误条件，驱动程序常用KERN_ERR来报告硬件的错误*/#define KERN_WARNING 4/*警告条件，对可能出现问题的情况进行警告*/#define KERN_NOTICE 5/*正常但又重要的条件，用于提醒*/#define KERN_INFO 6/*提示信息，如驱动程序启动时，打印硬件信息*/#define KERN_DEBUG 7/*调试级别的消息*/

默认是KERN_WARNING，根据打印级别的不同在日志中显示的格式也不一样，数字越小，优先级越高，如果优先级低于4，那么Linux内核会除了将其输出到内核日志缓冲区里，也会打印到终端里。

这里我们在init里加入一行printk函数：

printk("hello linux kernel");

在退出也加入一行

printk("bye linux kernel");

我们现在无需指定内核的优先级，因为默认是KERN_WARNING，也就是说这种情况下只会输出到内核日志缓冲区里。

那么接下来就要开始写makefile了

vim Makefile

这里先给大家看一段kbuild的Makefile代码

ifneq ($(KERNELRELEASE),)obj-m  := hello.o
elseKDIR ?= /lib/modules/`uname -r`/build
all:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
endif

这里的obj-m是kbuild里的语法表示编译可生成的模块，这里不需要写hello.c，kbuild编译器会自动推到.c文件

如给的是hello.o，最后会寻找hello.c然后编译成hello.o

这里的

ifneq ($(KERNELRELEASE),)

这里是一个条件分支，用来判断KERNELRELEASE变量是否存在

KERNELRELEASE变量是存在于Linux内核目录下顶层目录里Makefile里的一个变量，作用就是用来判断是否为第一次编译

第一次如果没有执行的话，则转入到else里去，else执行完成之后则判断是all还是clean，如果什么都没有直接make则认为是all

那么问题来了，肯定会想，既然obj-m :=hello.o这个没有被执行，那么make是如何知道我们要编译hello.c呢？

答: obj-m属于一个变量，kbuild会读取这个变量里的值的，经过我测试，发现make里声明变量，无论你放在任何位置，make都会首先把变量声明出来，在去执行，也就是说即便obj-m放在ifneq下，即便表达式不成立make也会将其声明出来，上面这段代码可以改成这个样子：

obj-m  := hello.o
ifneq ($(KERNELRELEASE),)elseKDIR ?= /lib/modules/`uname -r`/build
all:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
endif

如果不是第一次编译则不去执行内核目录下的模块编译make，否则就去执行一下

all和clean就比较容易理解了，就是去执行内核对应路径下的make而已

直接make一下：

编译完成，看一下生成的文件：

其中hello.ko就是我们需要的内核模块了，其它的都是临时文件

加载内核模块

加载命令是：insmod

卸载命令是：rmmod

查看已加载的模块：lsmod

用法：

注意要sudo，内核权限

sudo insmod hello.ko

加载完成后使用dmesg | tail命令查看模块输出信息

可以看到打印出来啦

使用lsmod可以查看已加载的模块，在里面找找我们的模块

格式：lsmod

可以看到模块非常多，我们联合grep来寻找我们的模块：

lsmod | grep hello 注意不需要.ko

找到啦，正在正常的运行

在卸载掉这个模块，然后看一下是否打印出退出的日志信息：

sudo rmmod hello

看一下日志：

成功~

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