{
? ? // 卸载时，注销模块的编码
｝
二．模块的编译
一旦设计并编写好模块，必须将其编译成一个适合内核装载的对象文件。由于编写模块是用C语言来完成的，故采用gcc编译器来进行编译。若需要通知编译程序把这个模块作为内核代码而不是普通的用户代码来编译，则就需向gcc编译器传递参数“-D_ _KERNEL_ _”；若需要通知编译程序这个文件是一个模块而不是一个普通文件，则就需向gcc编译器传递参数“-DMODULE”；若需要对模块程序进行优化编译、连接，则就需使用“-O2”参数；若还需要对装载后的模块进行调试，则就需使用“-g”参数；同时需要使用“-Wall”参数来向装载程序传递all，使用“-c”开关通知编译程
序在编译完这个模块文件后不调用链接程序。
一般编译模块文件的命令格式如下：
#gcc -O2 -g -Wall -DMODULE -D_ _KERNEL_ _ -c filename.c
//filename.c为自己编写的模块程序源代码文件
执行命令后就会得到文件filename.o，该文件就是一个可装载的目标代码文件。
三．模块的装载
内核模块的装载方式有两种。一种是使用insmod命令手工装载模块；另一种是请求装载demand loading（在需要时装载模块），即当有必要装载某个模块时，若用户安装了核心中不存在的文件系统时，核心将请求内核守护进程kerneld准备装载适当的模块。该内核守护进程是一个带有超级用户权限的普通用户进程。此实验中我们
主要采用insmod命令手工装载模块。
系统启动时，kerneld开始执行，并为内核打开一个IPC通道，内核通过向kerneld发送消息请求执行各种任务。kerneld的主要功能是装载和卸载内核模块，kerneld自身并不执行这些任务，它通过某些程序（如insmod）来完成。Kerneld只是内核的
代理，只为内核进行调度。
insmod程序必须找到请求装载的内核模块（该请求装载的模块一般被保存在/lib/modules/kernel-version中）。这些模块与系统中其它程序一样是已连接的目标文件，但不同的是它们被连接成可重定位映象（即映象没有被连接到在特定的地址上运行，其文件格式是a.out或ELF）。亦就是说，模块在用户空间（使用适当的标志）进行编译，结果产生一个可执行格式的文件。在用insmod命令装载一个模块时，将
会发生如下事件：
（1）新模块（通过内核函数create_module()）加入到内核地址空间。
（2）insmod执行一个特权级系统调用get_kernel_syms()函数以找到内核的输出符号（一个符号表示为符号名和符号值，如地址值）。
（3）create_module()为这个模块分配内存空间，并将新模块添加在内核模块链表的尾部，然后将新模块标记为UNINITIALIZED（模块未初始化）。
（4）通过init_module()系统调用装载模块。（该模块定义的符号在此时被导出，
供其它可能后来装载的模块使用）
（5）insmod为新装载的模块调用init_module()函数，然后将新模块标志为RUNNING（模块正在运行）。
在执行完insmod命令后，就可在/proc/modules文件中看到装载的新模块了。（为证实其正确性，可在执行insmod命令之前先查看/proc/modules文件，执行之后再查
看比较）
四．模块的卸载
当一个模块不需要使用时，可以使用rmmod命令卸载该模块。由于无需连接，故它的任务比加载模块要简单得多。但如果请求装载模块在其使用计数为0时，kerneld将自动从系统中卸载该模块。卸载时调用模块的cleanup_module()释放分配给该模块的内核资源，并将其标志为DELETED（模块被卸载）；同时断开内核模块链表中的连接，
修改它所依赖的其它模块的引用，重新分配模块所占的内核内存。
五．模块连接到内核的示意图
该图比较明显地展示了模块连接到内核所使用的命令和函数，以及各个函数之间的调用关系。通过该图，可以比较清晰地看出模块连接到内核的整个连接过程，这也有助于内核模块的编写。
i rcleanupcap模ini内register_caprint……unregister_cap函数一其函给
六．模块程序中管理模块的几个文件操作 在内核内部用一个file结构来识别模块，而且内核使用file_operatuions结构来访问模块程序中的函数。file_operatuions结构是一个定义在
int (*lseek) ()、int (*read)()、int (*write)()、int (*readdir)()、int (*select)()、int (*ioctl)()、int (*mmap)()、int (*open)()、void (*release)()、int (*fsync)()、int (*fasync)()、int (*check_media_change)()、int
(*revalidate)()
下面我们只简单介绍其中的几个操作，其它在以后涉及时再介绍: 1、方法int (*read)(struct inode *,struct file *,char *, int)
该方法用来从模块中读取数据。当其为NULL指针时将引起read系统调用返回-EINVAL（“非法参数”）。函数返回一个非负值表示成功地读取了多少字节。
2、方法int (*write)(struct inode *,struct file *,const char *, int) 该方法用来向模块发送数据。当其为NULL指针时将引起write系统调用返回-EINVAL。如果函数返回一个非负值，则表示成功地写入了多少字节。
3、方法int (*open)(struct inode *,struct file *)
该方法是用来打开模块的操作，它是操作在模块节点上的第一个操作，即使这样，该方法还是可以为NULL指针。如果为NULL指针，则表示该模块的打开操作永远成功，但系统不会通知你的模块程序。
4、方法void (*release)(struct inode *,struct file *)
该方法是用来关闭模块的操作。当节点被关闭时就调用这个操作。与open类似，
release也可以为NULL指针。
当在你的模块中需要上面这些方法时，相应的方法若没有，则在struct file_operations中相应的地方将其令为NULL指针。这样我们需要的大概象下面这样：
struct file_operations modulename_fops ={
NULL, // modulename_lseek
modulename_read,
modulename_write,
NULL, // modulename_readdir
NULL, // modulename_select
NULL, // modulename_ioctl
NULL, // modulename_mmap
modulename_open,
modulename_release,
NULL, // modulename_fsync
NULL, // modulename_fasync
NULL, // modulename_check_media_change
NULL // modulename_revalidate
}
【实验内容】
1、编写一个简单的内核模块，该模块至少需要有两个函数：一个是init_module()函数，在把模块装载到内核时被调用，它为内核的某些东西注册一个处理程序，或是用自身的代码取代某个内核函数；另一个是cleanup_module()函数，在卸载模块时被调用，其任务是清除init_module()函数所做的一切操作。编写完成后进行该模块的
编译、装载和卸载操作。
2、向上面模块中再添加一些新函数，如open()、release()、write()和read()函数，并编写一个函数来测试你的模块能否实现自己添加的函数的功能。其中open()、release()和write()函数都可以是空操作或较少的操作，它们仅仅为结构
file_operations提供函数指针。
【实验指导】
一、一个简单的内核模块
1、必要的header文件：
除了前面讲到的头文件#include
#include
2、init_module()函数：
由于题目的要求不高，故可只在该函数里完成一个打印功能，如printk(“Hello! This is a testing module!\\n”)；等。为便于检查模块是否装载成功，我们可以给一个返回值，如return 0；若返回一个非0值，则表示init_module()失败，从而不
能装载模块。
3、cleanup_module()函数：
只需用一条打印语句来取消init_module()函数所做的打印功能操作就可以了，
如printk(“Sorry! The testing module is unloaded now!\\n”)；等。
4、模块的编写：
此处把该模块文件取名为testmodule.c
#include
#include
//处理CONFIG_MODVERSIONS
#if CONFIG_MODVERSIONS == 1
#define MODVERSIONS
#include
#endif
int init_module() // 初始化模块
{
printk(“Hello! This is a testing module! \\n”)；
return 0；
}
void cleanup_module() // 取消init_module()函数所做的打印功能操作
{
printk(“Sorry! The testing module is unloading now! \\n”)；
}
5、模块的编译、装载和卸载：
[root@linux /]# gcc –O2 –Wall –DMODULE –D__KERNEL__ -c testmodule.c
[root@linux /]# ls –s //在当前目录下查看生成的目标文件testmodule.o
现在，模块testmodule已经编译好了。用下面命令将它装载到系统中：
[root@linux /]# insmod –f testmodule.o
如果装载成功，则在/proc/modules文件中就可看到模块testmodule，并可看到
它的主设备号。同时在终端显示：
Hello! This is a testing module!
如果要卸载，就用如下命令：
[root@linux /]# rmmod testmodule
如果卸载成功，则在/proc/devices文件中就可看到模块testmodule已经不存在
了。同时在终端显示：