模块？当做进程理解，你将豁然开朗

目录一、为什么驱动开发中不能类似函数直接传参二、module_param的原理与使用1代码示例与运行结果2static与module_param的作用与原理3最后一个参数与伪文件的关系三、符号共享(1)如何理解模块类比进程即可2为什么需要符号共享3符号共享调用的接口本篇文章类比了进程来理解驱动本质都是Linux内核中的一个结构体罢了。然后进程有的驱动模块也一定会有类似的功能。比如进程间通信、进程的命令行参数直接对应到模块的符号共享、module_param。一、为什么驱动开发中不能类似函数直接传参无论是应用层开发还是裸机开发似乎都可以直接给函数写形参调用的时候直接传递参数啊为什么到了内核中的驱动开发就行不通了首先函数调用传参是 CPU 指令集与 ABI应用二进制接口定义的能力依赖寄存器 / 栈来完成这一点本身没错但它只适用于编译期确定调用关系的场景。在裸机开发中代码被编译后就形成了 “硬编码”需要的参数都直接被编译器写好放在栈帧中等待函数去调用拿取该变量 —— 因为裸机环境没有动态加载所有函数调用关系在编译时就完全固定。其次在有操作系统时上层应用临时创建一个进程给该进程传参是通过 ** 命令行参数argv和环境变量envp** 实现的由 Linux 内核在execve系统调用时完成参数拷贝与传递这是进程级的传参机制和函数级传参是两回事。但是在驱动开发中驱动本身属于内核的一部分模块加载是动态且异步的驱动何时加载、由谁加载都不确定无法像裸机那样在编译期把参数硬编码到内存也没有更底层的组件来为module_init封装 “函数级传参” 的调用逻辑。如果强行为每个模块预写参数到内存会造成极大的内存浪费与管理开销。因此驱动开发中传参的思考方向和环境变量、命令行参数高度类似 —— 都是在加载时动态传递而非编译期绑定。最后由于每一种驱动可能需要的形参类型、个数是不同的如果为module_init设计可变形参会极大增加内核模块加载器的复杂度与兼容性风险。所以设计模块加载函数module_init的人直接就写死了形参必须是void通过 ** 内核专门的模块参数机制module_param** 来替代函数形参实现更灵活、通用的参数传递。这个行为有点像创建线程时固定形参为void*的做法同时又类似 shell 命令行参数与环境变量的设计我认为本质是一致的为了保证接口通用性先固定入口函数的形参格式再通过外部扩展机制实现灵活传参。只不过命令行参数是内核在创建新进程时向用户态进程传递初始数据忽略了从shell到内核的过程而驱动传参是内核在加载模块时向内核态模块注入初始参数。二者是一个相反的逻辑过程都遵循 “加载时动态传参” 的设计逻辑内核模块参数的设计思路很大概率正是从 shell 命令行参数与环境变量的实现中得到了启发。二、module_param的原理与使用通过前面的介绍你大概就能明白了module_param就是适配驱动的“命令行参数”。它的存在使得想要驱动工作在不同配置模式下时不需要修改代码重新编译而是直接在insmod的时候添加一些键值对参数即可。典型场景调试阶段快速修改日志级别、设备地址、超时时间避免反复编译。生产环境同一个.ko文件适配不同硬件 / 业务场景通过加载时传参区分配置。动态调优运行时修改参数如缓冲区大小、工作线程数无需重启服务。1代码示例与运行结果#includelinux/kernel.h #includelinux/module.h #includelinux/init.h //定义几个变量方便测试驱动命令行参数 //static的作用是让该变量只能在该文件被看到一般来说一个文件下只会写一个驱动模块 //所以经过module_param加载最后的效果就是只有该驱动模块能识别到该变量了 static int temp_int0; static char temp_char0; static char* temp_charphmy-default-string; //使用module_param将这几个变量加载到该模块中 module_param(temp_int,int,0664); module_param(temp_char,byte,0664); module_param(temp_charp,charp,0664); static int __init param_init(void) { printk(param模块开始测试\n); printk(temp_int:%d\n,temp_int); printk(temp_char:%c\n,temp_char); printk(temp_charp:%s\n,temp_charp); return 0; } static void __exit param_exit(void) { printk(param模块测试结束\n); } module_init(param_init); module_exit(param_exit); MODULE_LICENSE(GPL);2static与module_param的作用与原理static的作用是将该变量限制在当前文件可视范围内使得其他文件无法感知到该变量的存在而通常一个文件中只会写一个驱动模块这是Linux内核编译模块的强行规定一个文件写两个驱动模块会编译不通过所以这样做的结果就是只让该驱动模块能看到特定变量。保证该变量的模块私有性。module_param是内核提供的预处理宏它的作用是将变量与参数名绑定、设置访问权限并向内核注册参数元信息。module_param的本质是在编译期由宏展开构建一structkernel_param结构体填写变量名、类型操作集、权限值、变量地址等信息然后将该结构体放入当前模块私有的_param段中。最后在insmod加载模块时内核从该模块的_param段中提取结构体信息如果加载时动态传入了参数值内核会根据结构体中记录的变量地址直接将新值写入该地址对应的模块变量中相当于每个模块在共享内核地址空间中有自己的私有内存区域而_param段是模块的参数元数据供insmod加载时解析并完成变量赋值。相当于每个模块有自己的地址空间而__param段是一个前导引言需要被insmod加载到具体实例变量中。3最后一个参数与伪文件的关系注意到最后一个参数是用来形容该变量的权限的。常见的权限如下给可执行权限会被忽略不计Linux内核会为每一个经过module_param注册且权限值不为0的变量创建一个文件。他是基于内核的虚拟文件系统生成的“伪文件”。该伪文件的路径是/sys/module/驱动模块名称/parameters/变量名这个文件的操作和普通暴露给上次的文件系统一致可以读写echo、cat等操作。这意味着你可以在运行的时候通过指令修改该文件的内容即运行时修改变量的值。三、符号共享(1)如何理解模块类比进程即可在学习符号共享之前我们先来看看模块在Linux内核中是如何定义的惊讶的发现它和进程的组织、管理遵循同一套逻辑“先描述、后管理”。而内核模块的层级与之前学过的用户态进程的层级也极其类似:2为什么需要符号共享在应用开发的时候不可避免的需要用到进程间通信他是通过IPC提供的机制实现的可以通过共享内存、消息队列等方式让数据、指令从进程A传递到进程B。那么既然内核模块能类比成进程他们是否也有类似进程间通信的操作呢在进程通信的时候他本质是走的进程A的用户态地址空间-内核地址空间-进程B的用户态地址空间其中数据至少进行了2轮拷贝。再加上权限、地址空间的切换开销还是很大的所以进程间通信性能较低。而内核模块间的通信由于同处于内核地址空间没有任何多余的拷贝、权限切换开销性能大幅提升。3符号共享调用的接口模块1 #includelinux/kernel.h #includelinux/module.h #includelinux/init.h //定义几个变量方便测试驱动命令行参数 //static的作用是让该变量只能在该文件被看到一般来说一个文件下只会写一个驱动模块 //所以经过module_param加载最后的效果就是只有该驱动模块能识别到该变量了 static int temp_int0; static char temp_char0; static char* temp_charphmy-default-string; //使用module_param将这几个变量加载到该模块中 module_param(temp_int,int,0664); module_param(temp_char,byte,0664); module_param(temp_charp,charp,0664); int my_addfunc_int(int a,int b) { return ab; } //导出该函数到总符号表使得其他模块可以自由调用该函数类似进程间通信 EXPORT_SYMBOL(my_addfunc_int); static int __init param_init(void) { printk(param模块开始测试\n); printk(temp_int:%d\n,temp_int); printk(temp_char:%c\n,temp_char); printk(temp_charp:%s\n,temp_charp); printk(----------------------\n); return 0; } static void __exit param_exit(void) { printk(temp_int:%d\n,temp_int); printk(temp_char:%c\n,temp_char); printk(temp_charp:%s\n,temp_charp); printk(param模块测试结束\n); } module_init(param_init); module_exit(param_exit); MODULE_LICENSE(GPL);模块2 #includelinux/kernel.h #includelinux/module.h #includelinux/init.h extern int my_addfunc_int(int a,int b); //模块2 static int __init test_init(void) { int answermy_addfunc_int(1,5); printk(我使用了全局符号表中的符号15结果为%d\n,answer); printk(符号共享模块测试开始\n); return 0; } static void __exit test_exit(void) { printk(符号共享模块测试结束\n); } module_init(test_init); module_exit(test_exit); MODULE_LICENSE(GPL);当我们写好两个模块并且其中一方使用“导出”功能后为什么对方还是使用不了呢其实是因为编译器是把两个模块分开编译的在编译test2时发现你直接调用了my_addfunc_int函数但是你却在本文件中未曾定义所以需要用extern进行声明告诉编译器“这个函数在其他文件中已经定义了不要在编译阶段卡我错误”。可以看到最终模块2正确的调用了模块1的函数不过值得注意的是1由于两个模块都采用同样的编译器所以如果两个模块有同名变量、函数。则生成的符号是完全相同的此时如果导出可能会出错直接编译失败。2因为导出函数的实现在模块1中如果你的模块1还未加载就去加载模块2并且调用会报错因为此时真的找不到该符号。必须要保证你所引用的函数所处的模块已经加载好了。关于模块自动加载、卸载保持顺序要求也是能做到的这一点大家可以用到的时候再查查资料。