Linux源码阅读笔记18-插入模型及删除模块操作

基础知识

模块是一种向Linux内核添加设备驱动程序、文件系统及其他组件的有效方法，不需要编译新内核

• 优点
  • 通过使用模块，内核发布者能够预先编译大量驱动程序，而不会致使内核映像的尺寸发生膨胀。
  • 内核开发者可以将实验性的代码打包到模块中，模块可以卸载，修改代码或重新打包后可以重新装载。

添加和删除

• 从用户角度来看，模块可以通过两个不同的系统程序添加到运行内核中。他们分别是modprobe和insmod。modprobe在识别出目标模块所依赖的模块后，在内核也会使用insmod，再用户空间队模块的处理也是基于insmod。
• 在处理系统调用的时候，模块代码首先复制到内核内存中。接下来是重定位工作和解决模块中为定义的引用。因为模块使用了持久编译到内核中的函数，在模块本身编译时无法确定这些函数的地址，所以需要再这里处理为定义的引用。
• 处理未解决的引用，为与内核的剩余部分协作，模块必须使用内核提供的函数。这些可能是通用的辅助函数，比如几乎内核每一部分都会使用的printk或者kmalloc。
• 很明显这些函数定义在内核的基础代码中，因而已经家在到内存。但是如何找到与相关函数名匹配的地址，以便解决这些引用呢？为此，内核提供了一个导出所有函数的列表。该列表给出了所有导出函数的内存地址和对应函数名，可以通过proc文件系统访问，即文件/proc/kallsyms。

向内核添加模块时，需要考虑下列相关问题

• 内核提供的函数符号表，可以在模块加载时动态扩展其长度。
• 如果模块之间相互依赖，那么向内核添加模块的顺序很重要。

插入和删除模块

用户空间工具和内核的模块实现之间的接口，包括两个系统调用。

init_module：将一个新模块插入到内核中。用户空间工具只需提供二进制数据。所有其他工作（特别是重定位和解决引用）由内核自身完成。
delete_module：从内核移除一个模块。当然，前提是该模块的代码不再使用，并且其他模块不再使用该模块导出的函数。

还有一个request_module函数（不是系统调用），用于从内核端加载模块。它不仅用于加载模块，还用于实现热插拔功能。

模块的表示

在详细讲解模块相关函数实现之前，有必要解释如何在内核中表示模块（及其属性）。首先需要定义一组数据结构。首先需要定义一组数据结构。其中，module是最重要的数据结构。内核中驻留的每个模块，都分配了该结构的一个实例。其定义如下：

state表示模块当前的状态，可以从枚举类型moudule_state取值。

syms、num_syms和crc用于管理模块导出的符号。syms是一个数组，有num_syms个数组项，数组项类型为kernel_symbol，负责将标识符（name）分配到内存地址（value）：

依赖关系和引用

如果模块B依赖模块A提供的函数，那么模块A和模块B之间就存在关系。可以用两种不同的方式来看这种关系。

• 模块B依赖模块A：除非模块A已经驻留在内核内存，否则模块B无法加载。
• 模块B引用模块A：换句话说，除非模块B已经移除，否贼模块A无法从内核中移除。事实上，条件应该是所有引用模块A的模块都已经从内核移除。在内核中，这种关系称之为模块B使用模块A。为了正确管理这些依赖关系，内核需要引入另一个数据结构：

模块的二进制结构

• 生成模块的三个步骤
  • 首先，模块源代码中的所有c文件都编译为普通的.o文件。
  • 在为所有模块产生目标文件后，内核可以分析他们。找到的附加信息（例如，模块依赖关系）保存在一个独立的文件中，也编译为一个二进制文件。
  • 将前述两个步骤的二进制文件链接起来，生成最终的模块。

初始化及清理函数

<init.h>中的module_init和module_exit宏用于定义init函数和exit函数。

导出符号

内核为导出符号提供了两个宏：EXPORT_SYMBOL和EXPORT_SYMBOL_GPL。顾名思义，二者分别用于一般的导出符号和只用于GPL兼容代码和导出符号。同样，其目的在于将相应的符号放置到模块二进制映像的适当段中。

一般模块信息

模块许可证、开发者和描述、备选名称、基本版本控制

插入模块

init_module系统调用是用户空间和内核之间用于装载新模块的接口

插入模块

init_module系统调用是用户空间和内核之间用于装载新模块的接口，通过load_module函数将二进制数据传输到内核地址空间中。具体源码如下：

删除模块

从内核删除模块比插入模块简单的多，系统调用delete_module函数实现移除模块。具体源码如下：