linux内核模块设计实验

在Linux系统中，内核模块扮演着至关重要的角色，它们允许操作系统在运行时动态地扩展其功能，而无需重启。本实验主要关注Linux内核模块的设计和使用，这对于深入理解和定制Linux内核至关重要。 现代Linux内核采用的是混合内核架构，结合了微内核和宏内核的优点。内核模块机制的引入解决了内核过于庞大的问题，通过动态加载和卸载模块，我们可以按需扩展内核功能，提高了系统的灵活性。内核模块本身是一个未链接的目标文件，它们在被加载到内核后成为内核的一部分，并能访问内核的公共符号。 加载内核模块的过程通常由内核模块管理守护进程kmod控制，它调用modprobe来查找和加载必要的模块。modprobe会依据`/lib/modules/version/modules.dep`文件确定依赖关系，先加载依赖的模块，然后加载主模块。实际加载模块的系统调用是`init_module`，它在模块的`init_module`函数中执行，完成模块的初始化工作。 编写内核模块的基本结构包括以下元素： 1. 包含`linux/module.h`头文件，这是所有内核模块的基础。 2. 初始化函数，如`init_module()`，在模块加载时被调用，用于注册模块功能和申请资源。 3. 卸载函数，如`cleanup_module()`，在模块卸载时执行，负责清理工作，撤销`init_module()`所做的操作。 4. `printk()`函数用于内核日志，类似于C库中的`printf()`，可以设置不同的优先级，记录在内核消息缓冲区中，可通过`dmesg`命令查看。 从Linux 2.4内核版本开始，可以使用`module_init()`和`module_exit()`宏来指定自定义的初始化和卸载函数名。同时，`__init`和`__exit`宏用于标记只在初始化或卸载期间使用的函数，以便在模块不被加载时回收内存。 此外，为了符合GNU General Public License (GPL)的规定，从2.4内核开始，内核模块需要包含相应的证书声明。通过`MODULE_LICENSE("GPL")`、`MODULE_DESCRIPTION()`、`MODULE_AUTHOR()`和`MODULE_SUPPORTED_DEVICE()`等宏，可以提供模块的许可证信息、描述、作者和所支持的设备信息。 在进行内核模块开发时，开发者需要确保模块能够正确编译、加载和运行。对于初学者，从编写简单的“Hello World”模块开始，逐步理解内核模块的生命周期和工作原理。通过实践，不仅可以掌握内核模块的基本概念，还能深入理解Linux内核的内部工作机制，这对于Linux系统管理员和内核开发者来说是一项非常有价值的技能。