linux 可加载内核模块剖析

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1、Linux可加载内核模块剖析2.6内核透视图M.TimJones是一名嵌入式固件架构师，同时也是ArtificialIntelligence:ASystemsApproach,GNU/LinuxApplicationProgramming（第二版）、AIApplicationProgramming（第二版）和BSDSocketsProgrammingfromaMultilanguagePerspective等书的作者。他的工程背景非常广泛，从同步宇宙飞船的内核开发到嵌入式架构设计，再到网络协议的开发

2、。Tim是位于科罗拉多州Longmont的EmulexCorp.的一名顾问工程师。简介： Linux®可加载内核模块（从内核的1.2版本开始引入）是Linux内核的最重要创新之一。它们提供了可伸缩的、动态的内核。探索隐藏在可加载模块后面的原理，并学习这些独立的对象如何动态地转换成Linux内核的一部分。Linux就是通常所说的单内核（monolithickernel），即操作系统的大部分功能都被称为内核，并在特权模式下运行。它与微型内核不同，后者只把基本的功能（进程间通信[IPC]、调度、基本的输入

3、/输出[I/O]和内存管理）当作内核运行，而把其他功能（驱动程序、网络堆栈和文件系统）排除在特权空间之外。因此，您可能认为Linux是一个完全静态的内核，但事实恰恰相反。通过Linux内核模块（LKM）可以在运行时动态地更改Linux。developerWorks上Tim所著的其他剖析……系列文章·Linuxflash文件系统剖析·Security-EnhancedLinux（SELinux）剖析·实时Linux架构剖析·LinuxSCSI子系统剖析·Linux文件系统剖析·Linux网络栈剖析·L

4、inux内核剖析·Linuxslab分配器剖析·Linux同步方法剖析·Tim所著的所有剖析……系列文章可动态更改是指可以将新的功能加载到内核、从内核去除某个功能，甚至添加使用其他LKM的新LKM。LKM的优点是可以最小化内核的内存占用，只加载需要的元素（这是嵌入式系统的重要特性）。Linux不是可以进行动态更改的惟一（也不是第一个）单内核。BerkeleySoftwareDistribution（BSD）的变体、SunSolaris、更老的内核（比如OpenVMS），以及其他流行的操作系统（比如M

5、icrosoft®Windows®和AppleMacOSX）都支持可加载模块。剖析内核模块LKM与直接编译到内核或典型程序的元素有根本区别。典型的程序有一个main函数，其中LKM包含entry和exit函数（在2.6版本，您可以任意命名这些函数）。当向内核插入模块时，调用entry函数，从内核删除模块时则调用exit函数。因为entry和exit函数是用户定义的，所以存在module_init和module_exit宏，用于定义这些函数属于哪种函数。LKM还包含一组必要的宏和一组可选的宏，用于定义

6、模块的许可证、模块的作者、模块的描述等等。图1提供了一个非常简单的LKM的视图。图1.简单LKM的源代码视图2.6版本的Linux内核提供了一个新的更简单的方法，用于构建LKM。构建LKM时，可以使用典型的用户工具管理模块（尽管内部已经改变）：标准insmod（安装LKM），rmmod（删除LKM），modprobe（insmod和rmmod的包装器），depmod（用于创建模块依赖项），以及modinfo（用于为模块宏查找值）。更多关于为2.6版本内核构建LKM的信息，请查看参考资料。回页首剖析内

7、核模块对象LKM只不过是一个特殊的可执行可链接格式（ExecutableandLinkableFormat，ELF）对象文件。通常，必须链接对象文件才能在可执行文件中解析它们的符号和结果。由于必须将LKM加载到内核后LKM才能解析符号，所以LKM仍然是一个ELF对象。您可以在LKM上使用标准对象工具（在2.6版本中，内核对象带有后缀.ko,）。例如，如果在LKM上使用objdump实用工具，您将发现一些熟悉的区段（section），比如.text（说明）、.data（已初始化数据）和.bss（块开始

8、符号或未初始化数据）。您还可以在模块中找到其他支持动态特性的区段。.init.text区段包含module_init代码，.exit.text区段包含module_exit代码（参见图2）。.modinfo区段包含各种表示模块许可证、作者和描述等的宏文本。图2.具有各种ELF区段的LKM的示例了解LKM的基础知识之后，现在我们进一步探索模块是如何进入内核的，以及在内核内部是如何管理模块的。回页首LKM的生命周期在用户空间中，insmod（插入模块）启动模块加载过程。i