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The Linux Kernel Module Programming Guide
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上传时间: 2010-09-26
详细说明： 1、通过lsmod来获得内核已加载了那些模块，这个命令是读取/proc/modules文件的内容来获得信息的。 2、内核模块管理守护进程kmod执行modprobe去加载内核模块。modprobe的功能和insmod类似，但是它除了装入指定模块外，还同时装入指定模块所依赖的其他模块。 3、如果内核中打开了CONFIG_MODVERSIONS选项，则为某个指定版本内核编译的模块将不能被另一版本的内核加载。所以在开发的工程中，最好将内核中的这个选项关闭。 4、建议在控制台下输入文档中的范例代码，编译然后加载模块，而不是在X下。这个可及时读取加载模块时的日志信息。 5、模块初始化函数（module_init）应该返回值为0，非0则表明初始化失败，该模块将不能被加载。 6、任一个内核模块需要包含linux/module.h。我们仅仅需要包含linux/kernel.h当需要使用printk()记录级别的宏扩展时KERN_ALERN。 7、printk()并不是设计用于用户交互的，它实际上用来为内核提供日志功能，记录模块信息和给出警告。它定义了八个优先级。我们可以使用KERN_ALERT这样的高优先级，来确保printk()将信息输出到控制台而不是添 加到日志中。 8、关于宏__init和__exit。它们负责“初始化”和“清理收尾”的函数定义处的变化。如果模块是被编译到内核，而不是动态加载，__init会使初始化完成后丢弃该函数并收回所占的内存（__initdata的作用与__init类似，只不过对变量有效），__exit则将会忽略该收尾函数。 9、如果一个模块未定义清除函数，则内核不允许卸载该模块。 10、#include linux/sched.h> 最重要的头文件之一。包含驱动程序使用的大部分内核API的定义，包括睡眠函数以及各种变量声明。 ------------------------------------------------------------------------ struct task_struct *current;当前进程。current->pid、current->comm：当前进程的进程ID和命令名。 ------------------------------------------------------------------------ #include linux/module.h> 必需的头文件，必须包含在模块源代码中。 ------------------------------------------------------------------------ #include linux/moduleparam.h> module_param(variable, type, perm);//perm表示该变量的用户许可。 用于创建模块参数的宏，用户可在装载模块时调整这些参数的值。参数类型可以是：bool、charp、int、invbool、long、short、ushort、uint、ulong或者intarray。 ------------------------------------------------------------------------ #include linux/kernel.h> int printk(const char * fmt, ...); 函数printf的内核代码。 ------------------------------------------------------------------------ #include linux/types.h> dev_t是内核中用来表示设备编号的数据类型。 ------------------------------------------------------------------------ #include 该头文件声明了在内核代码和用户空间之间移动数据的函数。 unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long count); unsigned long copy_to_user(void *to, const void *from, unsigned long count); 11、kmalloc/kfree() 原型：void kmalloc(size_t size, int priority); 最大可开辟128k内存。priority可为GFP_KERNEL表示等待，GFP_ATOMIC表示不等待，如果分配不成功，返回0. 12、结构体file_operations在头文件linux/fs.h中定义，用于存储驱动模块提供的对设备各种操作的函数指针。C99有这个结构体的扩展，EX： struct file_operations xxx_fops = { .read = xxx_read, .write = xxx_write, .open = xxx_open, .release = xxx_release }; ----------------------------------------------------------------------------------- struct file结构体：每一个设备文件都代表着内核中的一个file结构体，该结构体在头文件linux/fs.h中定义。指向该结构体struct file的指针一般命名为filp。它内核在open时创建，并传递给在该文件上进行操作的所有函数，直到最后的close函数。 ----------------------------------------------------------------------------------- struct inode结构体：内核用inode结构在内部表示文件，而file结构体表示打开的文件描述符。它包含了大量的有关文件的信息，但是只有以下两个字段对编写驱程有关： dev_t i_rdev;//对表示设备文件的inode结构，包含了真正的设备编号。 struct cdev *i_cdev;//表示字符设备的内核的内部结构。 13、请求一个字符设备编号。 int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name); first是要分配的设备编号范围的起始值。count是所请求的连续设备编号的个数。name是和该编号范围关联的设备名称，它将出现在/proc/devices和sysfs中。 和大部分内核函数一样，register_chrdev_region的返回值在分配成功返回0.失败时返回一个负的错误码。 ------------------------------------------------------------------------ 设备编号的动态分配 int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name); dev为仅用于输出的参数。firstminor是被请求的第一个次设备号，通常为0. ------------------------------------------------------------------------ 释放设备编号 void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count); 通常我们在模块的清除函数中调用该函数。 ----------------------------------------------------------------------------------- 一个通俗获取主设备号的代码如下： if (xxx_major){ dev = MKDEV(xxx_major, xxx_minor); result = register_chrdev_region(dev, xxx_nr_devs, "xxx"); } else { result = alloc_chrdev_region(&dev, xxx_minor, xxx_nr_devs, "xxx"); xxx_major = MAJOR(dev); } if (result printk(KERN_WARNING "xxx: can't get major %d\n", xxx_major); return result; } 14、字符设备的注册。我们代码中应该包含头文件linux/cdev.h。其中的一个例子如下： static void xxx_setup_cdev(struct xxx_dev *dev, int index) { int err, devno = MKDEV(xxx_major, xxx_minor + index); cdev_init(&dev->cdev, &xxx_fops); dev->cdev.owner = THIS_MODULE; dev->cdev.ops = &xxx_fops; err = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1); if (err) printk(KERN_NOTICE "Error %d adding xxx%d", err, index); } 至于早期那种经典注册一个字符设备驱动程序则不应该再使用。 int register_chrdev(unsigned int major const char *name, struct file_operations *fops); int unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name); 15、信号量与互斥体，头文件asm/semaphore.h。一个信号量本质上是一个整数值，它和一对函数联合使用，这对函数通常成为P和V。希望进入临界区的进程将在相关信号量上调用P。如果信号量的值大于0，则该值会减一，而进程得以继续；如果信号量的值为0，进程必须等待直到其他人释放该信号量。对信号量的解锁通过调用 V完成；该函数对信号量的值做加一操作，并在必要时唤醒等待的进程。 信号量的初始化： DECLARE_MUTEX(name);//一个称为name的信号量被初始化为1 DECLARE_MUTEX_LOCKED(name);一个称为name的信号量被初始化为0 P函数称为down: void down(struct semaphore *sem);//down减少信号量的值，并在必要时一直等待 int down_interruptible(struct semaphore *sem);//down_interruptible完成相同工作，它允许等待在某个信号量上的用户空间进程可被用户中断 int down_trylock(struct semaphore *sem);//down_trylock不会休眠，如果信号量在调用时不可获得，会立即返回一个非零值 作为通常的规则，我们不应该使用非中断操作。使用down_interruptible需要小心，如果操作被中断，该函数会返回非零值，而调用者不会拥有该信号量。对down_interruptible的正确使用需要始终检查返回值，并作成相应响应。 V函数称为up： void up(struct semaphore *sem); 16、自旋锁，头文件linux/spinlock.h。和信号量不同，自旋锁可在不能休眠的代码中使用，比如中断处理例程（因为信号量会引起休眠）。如果锁可用，则“锁定”位被设置，而代码继续进入临界区；相反，如果锁被其他人获得，则代码进入忙循环并重复检查该锁，直到该锁可用为止。“测试并设置”的操作必须以原子的方式完成。 自旋锁的初始化： spinlock_t xxx_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED; 自旋锁的获得： void spin_lock(spinlock_t *lock);//自旋锁的等待本质上不可中断，一旦调用spin_lock，在获得锁之前将一直处于自旋状态 void spin_lock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long flags);//在获得锁之前禁止中断，而之前的中断状态保存到flags void spin_lock_irq(spinlock_t *lock);//确保释放自旋锁时应该启用中断 void spin_lock_bh(spinlock_t *lock);//在获得锁之前禁止软件中断，但是会让硬件中断保持打开 自旋锁的释放： void spin_unlock(spinlock_t *lock); void spin_unlock_irqrestore(spinlock_t *lock, unsigned long flags); void spin_unlock_irq(spinlock_t *lock); void spin_unlock_bh(spinlock_t *lock); 适用自旋锁的核心规则是：任何拥有自旋锁的代码都必须是原子的，它不能休眠。事实上，它不能因为任何原因放弃处理器，除了服务中断以外（某些情况下此时也不能放弃处理器）。任何时候，只要内核代码拥有自旋锁，在相关的处理器上的抢占就会被禁止。自旋锁必须在可能的最短时间内拥有。 17、休眠。永远不要在原子上下文中进入休眠。这意味着：我们的驱动程序不能在拥有自旋锁、seqlock或者RCU锁时休眠；如果我们已经禁止了中断，也不能休眠。同时我们对唤醒之后的状态不能做任何假定，因此必须检查以确保我们的等待的条件真正为真。 初始化一个等待队列头： DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name); 当进程休眠时，它将期待某个条件会在未来成真。当一个休眠进程被唤醒时，它必须再次检查它所等待的条件的确为真。wait_event: wait_event(queue, condition);//进程将被置于非中断休眠，通常不是我们所期望的。 wait_event_interruptible(quene, condition);//可被中断信号打断。这可返回一个整数值，非零值表示休眠被某个信号打断。 wait_event_timeout(queue, condition, timeout);//只会等待限定的时间 wait_event_interruptible_timeout(queue, condition, timeout);//只会等待限定的时间 我们的进程正在休眠中，用来唤醒休眠进程的基本函数是：wake_up void wake_up(wait_queue_head_t *queue); void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *queue); //wake_up会唤醒等待在给定queue上的所有进程，wake_up_interruptible只会唤醒那些可中断休眠的进程 ...展开收缩
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