怎么使用Linux內核模塊

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一、模塊定義

Linux內核使用xx_initcall_xx(fn)的宏來定義內核模塊。

宏定義文件：include/linux/init.h，定義如下：

/* * 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)只針對內核的核心代碼，不能描述模塊。

從上面代碼可以看出，每個宏的實現都是__define_initcall(),其定義如下：

#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);

對于上面定義，需要關注以下幾點：

1、initcall_t：是一個函數指針類型，定義__initcall_##fn##id，指向fn。

2、__used：在文件include/linux/compiler-gcc.h中定義為：# define __used __attribute__((__used__))，通知編譯器在目標文件中保留一個靜態函數，即使該函數未被使用。

3、__attribute__((__section__(".initcall" #id ".init")))：定義的函數指針位于.initcall*.init段中。

二、鏈接位置

在文件include/asm-generic/vmlinux.lds.h中，定義了宏INIT_CALLS，定義如下：

#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，設置了宏INIT_CALLS在.init.data段中的分布位置，內容如下：

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

在Linux內核編譯鏈接后，會生成文件arch/arm64/kernel/vmlinux.lds。在該文件中將展開宏INIT_CALLS，并分配到.init.data段中，內容如下：

 .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之間是按照從0到7的順序進行排列，對應pure_initcall(fn)到late_initcall_sync(fn)。

三、模塊加載

Linux內核模塊可以直接編譯到內核映像，在內核啟動時加載；也可以在系統啟動后，通過insmod命令加載到內核。

Linux內核啟動時，kernel_init線程會實現靜態編譯的內核模塊加載。

1、程序調用流程

## kernel/init/main.cstart_kernel()->    rest_init()->        kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS) ## 1.創建內核線程kernel_init()->    kernel_init_freeable()->        do_basic_setup()->            do_initcalls()->      ## 2.模塊加載過程                do_initcall_level()->                    do_one_initcall()

2、do_initcalls()函數

函數功能：按順序掃描.init.data段中的每個等級，即：從__initcall0_start到__initcall_end。

## __initdata中的定義在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()函數

函數功能：在同一個等級中，按順序掃描.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()函數

函數功能：調用每個定義的模塊函數。

int __init_or_module do_one_initcall(initcall_t fn){    ...    if (initcall_debug)        ret = do_one_initcall_debug(fn);    else        ret = fn(); ##調用某個定義的initcall函數    ...    return ret;}

注：每個fn()對應第一部分模塊定義中的fn，例：device_initcall(fn)。

四、模塊優先級

從上面函數的執行流程可以看出內核模塊加載優先級如下：

early_initcall(fn)               ## 優先級最高，后續優先級依次降低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)          ## 優先級最低

Linux內核模塊的優先級決定了模塊的加載順序，在驅動開發時，需要關注有啟動順序要求的模塊定義。

到此，關于“怎么使用Linux內核模塊”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！