linux 可加載內(nèi)核模塊剖析

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1、Linux可加載內(nèi)核模塊剖析2.6內(nèi)核透視圖M.TimJones是一名嵌入式固件架構(gòu)師，同時(shí)也是ArtificialIntelligence:ASystemsApproach,GNU/LinuxApplicationProgramming（第二版）、AIApplicationProgramming（第二版）和BSDSocketsProgrammingfromaMultilanguagePerspective等書的作者。他的工程背景非常廣泛，從同步宇宙飛船的內(nèi)核開發(fā)到嵌入式架構(gòu)設(shè)計(jì)，再到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開發(fā)

2、。Tim是位于科羅拉多州Longmont的EmulexCorp.的一名顧問工程師。簡(jiǎn)介：?Linux?可加載內(nèi)核模塊（從內(nèi)核的1.2版本開始引入）是Linux內(nèi)核的最重要?jiǎng)?chuàng)新之一。它們提供了可伸縮的、動(dòng)態(tài)的內(nèi)核。探索隱藏在可加載模塊后面的原理，并學(xué)習(xí)這些獨(dú)立的對(duì)象如何動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)換成Linux內(nèi)核的一部分。Linux就是通常所說的單內(nèi)核（monolithickernel），即操作系統(tǒng)的大部分功能都被稱為內(nèi)核，并在特權(quán)模式下運(yùn)行。它與微型內(nèi)核不同，后者只把基本的功能（進(jìn)程間通信[IPC]、調(diào)度、基本的輸入

3、/輸出[I/O]和內(nèi)存管理）當(dāng)作內(nèi)核運(yùn)行，而把其他功能（驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)堆棧和文件系統(tǒng)）排除在特權(quán)空間之外。因此，您可能認(rèn)為L(zhǎng)inux是一個(gè)完全靜態(tài)的內(nèi)核，但事實(shí)恰恰相反。通過Linux內(nèi)核模塊（LKM）可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地更改Linux。developerWorks上Tim所著的其他剖析……系列文章·Linuxflash文件系統(tǒng)剖析·Security-EnhancedLinux（SELinux）剖析·實(shí)時(shí)Linux架構(gòu)剖析·LinuxSCSI子系統(tǒng)剖析·Linux文件系統(tǒng)剖析·Linux網(wǎng)絡(luò)棧剖析·L

4、inux內(nèi)核剖析·Linuxslab分配器剖析·Linux同步方法剖析·Tim所著的所有剖析……系列文章可動(dòng)態(tài)更改是指可以將新的功能加載到內(nèi)核、從內(nèi)核去除某個(gè)功能，甚至添加使用其他LKM的新LKM。LKM的優(yōu)點(diǎn)是可以最小化內(nèi)核的內(nèi)存占用，只加載需要的元素（這是嵌入式系統(tǒng)的重要特性）。Linux不是可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)更改的惟一（也不是第一個(gè)）單內(nèi)核。BerkeleySoftwareDistribution（BSD）的變體、SunSolaris、更老的內(nèi)核（比如OpenVMS），以及其他流行的操作系統(tǒng)（比如M

5、icrosoft?Windows?和AppleMacOSX）都支持可加載模塊。剖析內(nèi)核模塊LKM與直接編譯到內(nèi)核或典型程序的元素有根本區(qū)別。典型的程序有一個(gè)main函數(shù)，其中LKM包含entry和exit函數(shù)（在2.6版本，您可以任意命名這些函數(shù)）。當(dāng)向內(nèi)核插入模塊時(shí)，調(diào)用entry函數(shù)，從內(nèi)核刪除模塊時(shí)則調(diào)用exit函數(shù)。因?yàn)閑ntry和exit函數(shù)是用戶定義的，所以存在module_init和module_exit宏，用于定義這些函數(shù)屬于哪種函數(shù)。LKM還包含一組必要的宏和一組可選的宏，用于定義

6、模塊的許可證、模塊的作者、模塊的描述等等。圖1提供了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的LKM的視圖。圖1.簡(jiǎn)單LKM的源代碼視圖2.6版本的Linux內(nèi)核提供了一個(gè)新的更簡(jiǎn)單的方法，用于構(gòu)建LKM。構(gòu)建LKM時(shí)，可以使用典型的用戶工具管理模塊（盡管內(nèi)部已經(jīng)改變）：標(biāo)準(zhǔn)insmod（安裝LKM），rmmod（刪除LKM），modprobe（insmod和rmmod的包裝器），depmod（用于創(chuàng)建模塊依賴項(xiàng)），以及modinfo（用于為模塊宏查找值）。更多關(guān)于為2.6版本內(nèi)核構(gòu)建LKM的信息，請(qǐng)查看參考資料。回頁首剖析內(nèi)

7、核模塊對(duì)象LKM只不過是一個(gè)特殊的可執(zhí)行可鏈接格式（ExecutableandLinkableFormat，ELF）對(duì)象文件。通常，必須鏈接對(duì)象文件才能在可執(zhí)行文件中解析它們的符號(hào)和結(jié)果。由于必須將LKM加載到內(nèi)核后LKM才能解析符號(hào)，所以LKM仍然是一個(gè)ELF對(duì)象。您可以在LKM上使用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象工具（在2.6版本中，內(nèi)核對(duì)象帶有后綴.ko,）。例如，如果在LKM上使用objdump實(shí)用工具，您將發(fā)現(xiàn)一些熟悉的區(qū)段（section），比如.text（說明）、.data（已初始化數(shù)據(jù)）和.bss（塊開始

8、符號(hào)或未初始化數(shù)據(jù)）。您還可以在模塊中找到其他支持動(dòng)態(tài)特性的區(qū)段。.init.text區(qū)段包含module_init代碼，.exit.text區(qū)段包含module_exit代碼（參見圖2）。.modinfo區(qū)段包含各種表示模塊許可證、作者和描述等的宏文本。圖2.具有各種ELF區(qū)段的LKM的示例了解LKM的基礎(chǔ)知識(shí)之后，現(xiàn)在我們進(jìn)一步探索模塊是如何進(jìn)入內(nèi)核的，以及在內(nèi)核內(nèi)部是如何管理模塊的。回頁首LKM的生命周期在用戶空間中，insmod（插入模塊）啟動(dòng)模塊加載過程。i