02 构造和运行模块
#1 设置测试系统
& 想要在运行的内核当中扩展模块，就必须先准备好一个内核源代码树（可以是“主线”内核，也可以是发行版内核），构造一个新的内核，然后安装到自己的系统中，作为测试系统；
#2 Hello World 模块
& 构造好内核树之后，就可以开始编写模块了。我们先从简单的 “Hello World 模块”入手：
1 #include <linux/init.h> 2 #include <linux/module.h> 3 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); 4 5 static int hello_init(void) 6 { 7 printk(KERN_ALERT "Hello, world\n"); 8 return 0; 9 } 10 11 static int hello_exit(void) 12 { 13 printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world\n"); 14 } 15 16 module_init(hello_init); 17 module_exit(hello_exit);
上述模块定义了 hello_init 和 hello_exit 两个函数，hello_init 在模块被装载到内核的时候调用，而 hello_exit 在模块被移除内核时调用；
module_init 和 module_exit 则是使用了内核的特殊宏来表示 hello_init 和 hello_exit 所要实现的功能；
此外，特殊宏 MODULE_LICENSE 则声明了该模块的许可权限（如果没有这个声明，内核在装载该模块时会产生内核被污染警告），可用的 LICENSE 包括：GPL 、 GPL v2 、 GPL and additional rights 、 Dual BSD/GPL 、Dual MPL/GPL 、Proprietary；
函数 printk 是在内核中定义的，这是因为内核在运行时不能依赖于 C 库，模块可以调用 printk 是因为在 insmod 函数装入模块之后，模块就连接到了内核，因而可以访问内核的公用符号；
KERN_ALERT 定义了消息的优先级，消息的优先级降序排列为：[0] KERN_EMERG 、[1] KERN_ALERT 、[2] KERN_CRIT 、[3] KERN_ERR 、[4] KERN_WARNING 、[5] KERN_NOTICE 、[6] KERN_INFO 和 [7] KERN_DEBUG；新的优先级被指定为1～8之间的整数值，打印规则是：显示设定的优先级到最高优先级之间的信息，即如果值为1，则只有优先级为0的消息才能到达控制台，如果值为8，则0～7优先级的所有信息都会显示出来；
& 模块编译和测试：
make：根据 makefile 规定的编译规则将源程序编译成模块 .ko 文件[关于 makefile 会在之后的笔记当中单独编辑]；
su：切换到超级用户模式，只有超级用户才能加载和卸载模块[熟悉Linux 的同学应该都知道用户权限的问题，这里就不说了]；
insmod ./hello.ko ：加载模块；
rmmod ./hello.ko ：移除模块；
#3 用户空间和内核空间
& 模块运行在内核空间里，应用程序运行在用户空间中；
在内核空间中，处理器可以进行所有的操作；而在用户空间中，处理器控制着对硬件的直接访问以及对内存的非授权访问；
当且仅当进程执行系统调用或者被硬件中断挂起的时候，用户空间可以切换到内核空间；
#4 当前进程
& 内核代码通过全局变量 current 来获得当前进程，current 是一个指向 struct task_struct 的指针；
在 open 、read 等系统调用的执行过程中，当前进程指的是调用这些系统调用的进程；
需要提到的一点是，在2.6 内核中，引入一种新的机制，即current 不再是一个全局变量，而是将 task_struct 结构的指针隐藏在内核栈中，这样，设备驱动只要包含<linux/sched.h>头文件即可引用当前进程；而且新的机制支持SMP（对称多处理器）；
#5 装载和卸载模块
& insmod 和 ld 的区别：
insmod 将模块的代码和数据装入内核，然后使用内核符号表解析模块中任何未解析的符号；
链接器 ld 的工作是解析未定义的符号引用，将目标文件中的占位符替换为符号的地址，同时完成程序中各目标文件的地址空间的组织；
与 ld 不同，使用 insmod，内核不会修改模块的磁盘文件，而是仅仅修改内存中的模块副本；
& insmod 的装载过程：
& insmod 和 modprobe 的区别：
modprobe 也是用来装载模块的，与 insmod 不同的是，modprobe 会考虑要装载的模块是否引用了当前内核当中不存在的符号；如果有这类引用，modprobe 会在当前模块搜索路径中查找定义了这些符号的其他模块，并将这些模块一起装入内核，也即：modprobe 在装载的时候起到检查并修正符号依赖性的作用；而insmod 明显不具备这种功能，若在这种情况下使用 insmod，则会返回“unresolve symbol”（未解析的符号）错误；
& rmmod 用于从内核中移除模块；当内核认为模块忙时和内核配置被禁止移除模块时，rmmod 无法移除模块，这时可以使用强制移除，但更为保险的方式是重新引导系统；
& lsmod 用以显示当前装载到内核的所有模块，实际上，lsmod 通过读取 /proc/modules 虚拟文件来获得当前已装载的模块的信息；
#6 内核符号表
& insmod 使用公用内核符号表来解析模块中未定义的符号，这是因为公用内核符号表包含了所有的全局内核项（函数和变量）的地址；当模块被装入内核后，它导出的任何符号都会变成内核符号表的一部分；这些导出的符号可以被新模块使用，这就是模块层叠技术；
& 如果一个模块需要向其他模块导出符号，应使用下面两个宏：
EXPORT_SYMBOL(name)；
EXPORT_SYMBOL_GPL(name)；
后者使得导出的版本只能被GPL 许可证下的模块使用；
& 需要注意的是，符号必须在模块文件的全局部分导出，而不能在函数中导出，这是因为符号的导出由宏 EXPORT_SYMBOL 和 EXPORT_SYMBOL_GPL 控制，而这两个宏将被扩展为一个特殊变量的声明，而该变量必须是全局的；
#7 版本依赖
& 在缺少 modversions 的情况下，模块代码必须针对要链接的每个版本的内核重新编译，也就是说，不同的内核版本可能具有不同的数据结构和函数原型，模块的构造严重依赖于内核的版本；
我们在构造模块时，可以将模块与当前内核树中的 vermagic.o 目标文件进行链接，通过 vermagic.o [包含了大量有关内核的信息] 来检查模块和正在运行内核的兼容性，如果不匹配，就不会装载该模块；
#8 模块头文件
& 大部分内核代码中都包含一堆头文件，以便获得函数、数据类型和变量的定义；其中，有两个头文件是模块当中必须要包含的，它们是：module.h 和 init.h；
module.h 包含可装载模块需要的大量符号和函数的定义；init.h 指定了模块初始化和清除函数；
此外，也可能包含 moduleparam.h 头文件，moduleparam.h 用来在装载模块时向模块传递参数；
#9 初始化函数
& 模块初始化函数注册模块提供的任何功能；
初始化函数实际定义通常如下：
1 static int __init initialization_function(void) 2 { 3 /* Initialization code here */ 4 } 5 6 module_init(initialization_function);
初始化函数应声明为 static，它们不会在特定文件之外可见；
__init 标志告诉内核给定的函数只是在初始化使用；模块加载后会丢掉这个初始化函数，使它的内存可做其他用途；
类似的标签 ：__initdate / __devinit / __devinitdata
__initdata 给只在初始化时用的数据；__init 和 __initdata 是可选的；
__devinit 和 __devinitdata 在内核源码里，只有在内核未被配置为支持 hotplug 设备时它们才被翻译为 __init 和 _initdata；
module_init 的使用是强制的；这个宏会在模块的目标代码中增加一个特殊的段，用于说明初始化函数所在的位置；没有这个定义，初始化函数永远不会被调用；
模块可以注册许多不同类型的设施，对每种设施对应有具体的内核函数用来完成注册；大部分的模块注册函数使用 register_ 作为前缀，可在内核源代码中使用 grep register_ 找到它；
#10 清除函数
& 清除函数用于在模块被移除前注销接口并向系统中返回所有资源；
清除函数的定义如下：
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static void __exit cleanup_function(void)
{
/* Cleanup code here */
}
module_exit(cleanup_function);
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如果模块被直接嵌入到内核中或内核标记不允许卸载模块时，__exit 标记的函数将被抛弃；
