linux中引入模块机制的好处是什么

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linux 中引入模块机制的好处：1、应用程序在退出时，可以不管资源的释放或者其他的清除工作，但是模块的退出函数却必须仔细此撤销初始化函数所作的一切；2、该机制有助于缩短模块的开发周期，即注册和卸载都很灵活方便。

Linux 中引入模块机制有什么好处？

首先，模块是预先注册自己以便服务于将来的某个请求，然后他的初始化函数就立即结束。换句话说，模块初始化函数的任务就是为以后调用函数预先作准备。

好处：

1) 应用程序在退出时，可以不管资源的释放或者其他的清除工作，但是模块的退出函数却必须仔细此撤销初始化函数所作的一切。

2) 该机制有助于缩短模块的开发周期。即：注册和卸载都很灵活方便。

Linux 模块机制浅析

Linux 允许用户通过插入模块，实现干预内核的目的。一直以来，对 linux 的模块机制都不够清晰，因此本文对内核模块的加载机制进行简单地分析。

模块的 Hello World！

我们通过创建一个简单的模块进行测试。首先是源文件 main.c 和 Makefile。

florian@florian-pc:~/module$ cat main.c

#include linux/module.h 
#include linux/init.h 
 
static int __init init(void)
{
    printk(Hi module!\n 
    return 0;
}
 
static void __exit exit(void)
{
    printk(Bye module!\n 
}
 
module_init(init);
module_exit(exit);

其中 init 为模块入口函数，在模块加载时被调用执行，exit 为模块出口函数，在模块卸载被调用执行。

florian@florian-pc:~/module$ cat Makefile

obj-m += main.o
#generate the path
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
#the current kernel version number
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
#the absolute path
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL)
#complie object
all:
    make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
#clean
clean:
    make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean

其中，obj- m 指定了目标文件的名称，文件名需要和源文件名相同（扩展名除外），以便于 make 自动推导。

然后使用 make 命令编译模块，得到模块文件 main.ko。

florian@florian-pc:~/module$ make

make -C /usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic M=/home/florian/module modules
make[1]: 正在进入目录 `/usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic 
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
make[1]: 正在离开目录 `/usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic

使用 insmod 和 rmmod 命令对模块进行加载和卸载操作，并使用 dmesg 打印内核日志。

florian@florian-pc:~/module$ sudo insmod main.ko;dmesg | tail -1
[31077.810049] Hi module!

florian@florian-pc:~/module$ sudo rmmod main.ko;dmesg | tail -1
[31078.960442] Bye module!

通过内核日志信息，可以看出模块的入口函数和出口函数都被正确调用执行。

模块文件

使用 readelf 命令查看一下模块文件 main.ko 的信息。

florian@florian-pc:~/module$ readelf -h main.ko

ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  Class:                             ELF32
  Data:                              2 s complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              REL (Relocatable file)
  Machine:                           Intel 80386
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x0
  Start of program headers:          0 (bytes into file)
  Start of section headers:          1120 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               52 (bytes)
  Size of program headers:           0 (bytes)
  Number of program headers:         0
  Size of section headers:           40 (bytes)
  Number of section headers:         19
  Section header string table index: 16

我们发现 main.ko 的文件类型为可重定位目标文件，这和一般的目标文件格式没有任何区别。我们知道，目标文件是不能直接执行的，它需要经过链接器的地址空间分配、符号解析和重定位的过程，转化为可执行文件才能执行。

那么，内核将 main.ko 加载后，是否对其进行了链接呢？

模块数据结构

首先，我们了解一下模块的内核数据结构。

linux3.5.2/kernel/module.h:220

struct module
{
    ……
    /* Startup function. */
    int (*init)(void);
    ……
    /* Destruction function. */
    void (*exit)(void);
    ……
};

模块数据结构的 init 和 exit 函数指针记录了我们定义的模块入口函数和出口函数。

模块加载

模块加载由内核的系统调用 init_module 完成。

linux3.5.2/kernel/module.c:3009

/* This is where the real work happens */
SYSCALL_DEFINE3(init_module, void __user *, umod,
       unsigned long, len, const char __user *, uargs)
{
    struct module *mod;
    int ret = 0;
    ……
    /* Do all the hard work */
    mod = load_module(umod, len, uargs);// 模块加载 
    ……
    /* Start the module */
    if (mod- init != NULL)
       ret = do_one_initcall(mod- init);// 模块 init 函数调用 
    ……
    return 0;
}

系统调用 init_module 由 SYSCALL_DEFINE3(init_module…) 实现，其中有两个关键的函数调用。load_module 用于模块加载，do_one_initcall 用于回调模块的 init 函数。

函数 load_module 的实现为。

linux3.5.2/kernel/module.c:2864

/* Allocate and load the module: note that size of section 0 is always
   zero, and we rely on this for optional sections. */
static struct module *load_module(void __user *umod,
                unsigned long len,
                const char __user *uargs)
{
    struct load_info info = {NULL,};
    struct module *mod;
    long err;
    ……
    /* Copy in the blobs from userspace, check they are vaguely sane. */
    err = copy_and_check(info, umod, len, uargs);// 拷贝到内核 
    if (err)
       return ERR_PTR(err);
    /* Figure out module layout, and allocate all the memory. */
    mod = layout_and_allocate(info);// 地址空间分配 
    if (IS_ERR(mod)) {
       err = PTR_ERR(mod);
       goto free_copy;
    }
    ……
    /* Fix up syms, so that st_value is a pointer to location. */
    err = simplify_symbols(mod, info);// 符号解析 
    if (err 0)
       goto free_modinfo;
    err = apply_relocations(mod, info);// 重定位 
    if (err 0)
       goto free_modinfo;
    ……
}

函数 load_module 内有四个关键的函数调用。copy_and_check 将模块从用户空间拷贝到内核空间，layout_and_allocate 为模块进行地址空间分配，simplify_symbols 为模块进行符号解析，apply_relocations 为模块进行重定位。

由此可见，模块加载时，内核为模块文件 main.ko 进行了链接的过程！

至于函数 do_one_initcall 的实现就比较简单了。

linux3.5.2/kernel/init.c:673

int __init_or_module do_one_initcall(initcall_t fn)
{
    int count = preempt_count();
    int ret;
    if (initcall_debug)
       ret = do_one_initcall_debug(fn);
    else
       ret = fn();// 调用 init module
    ……
    return ret;
}

即调用了模块的入口函数 init。

模块卸载

模块卸载由内核的系统调用 delete_module 完成。

linux3.5.2/kernel/module.c:768

SYSCALL_DEFINE2(delete_module, const char __user *, name_user,
        unsigned int, flags)
{
    struct module *mod;
    char name[MODULE_NAME_LEN];
    int ret, forced = 0;
    ……
    /* Final destruction now no one is using it. */
    if (mod- exit != NULL)
       mod- exit();// 调用 exit module
    ……
    free_module(mod);// 卸载模块 
    ……
}

通过回调 exit 完成模块的出口函数功能，最后调用 free_module 将模块卸载。

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