參考用書：《操作系統(tǒng)實踐：基于Linux的應(yīng)用與內(nèi)核編程》

一．添加一個內(nèi)核模塊

1.1需求分析

對于一個應(yīng)用程序而言，源代碼經(jīng)編譯后與標準運行庫鏈接，通過系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行操作系統(tǒng)內(nèi)核中的特權(quán)指令，指令返回的結(jié)果通過系統(tǒng)調(diào)用返回給用戶，完成程序。

由于Linux是單內(nèi)核多模塊的操作系統(tǒng)，整個操作系統(tǒng)只包含一個由多個不同功能模塊組成的內(nèi)核，通過Linux系統(tǒng)的這種特性,可以動態(tài)添加自己編寫的內(nèi)核模塊，并由系統(tǒng)每次啟動時進行加載。

通過內(nèi)核模塊的動態(tài)添加和刪除，可以直觀的感受到內(nèi)核模塊的編寫以及動態(tài)添加和刪除的過程?？梢酝ㄟ^此次實驗理解用戶態(tài)（User Model）和內(nèi)核態(tài)（Kernel Model）的關(guān)系。并掌握內(nèi)核模塊代碼中的一些常見宏和參數(shù)以及內(nèi)核模塊程序和應(yīng)用程序的差異。

實驗流程為：編寫kello.c文件和Makefile文件，并使用insmod和rmmmod命令對內(nèi)核模塊進行安裝和卸載。觀察終端輸出的不同信息。同時編寫代碼時應(yīng)注意安全問題，不要對內(nèi)核進行不當訪問從而使系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤。

輸入：使用insmod安裝所編寫的內(nèi)核模塊。

輸出：通過dmesg命令觀察安裝內(nèi)核模塊和卸載內(nèi)核模塊所輸出的信息。

1.2概要設(shè)計

本次實驗包含兩個文件：kello.c和編譯所需的Makefile文件，kello.c文件包含模塊初始化函數(shù)hello_init，在模塊初始化時被調(diào)用，以及模塊回收函數(shù)hello_exit，在模塊被撤銷時使用。

在該文件的最后，需要添加兩行聲明module_init(hello_init)和module_exit(hello_exit)，使模塊被更高效的加載執(zhí)行和撤銷，加快內(nèi)存的分配和回收

對于Makefile文件內(nèi)容，KERNELRELEASE定義在linux內(nèi)核源代碼中的頂層makefile，boj-m表示所安裝內(nèi)核模塊的名稱，需要和c文件名字相同。

KDIR和PWD目錄分別代表內(nèi)核的源代碼目錄和當前的工作路徑，defult中為編譯命令以及一些文件的刪除命令。

1.3詳細設(shè)計

Kello.c的hello_init調(diào)用printk輸出一段初始化信息，hello_exit調(diào)用printk輸出模塊回收時打印的信息。

對于Makefile文件，KERNELRELEASE是在Linux內(nèi)核源代碼頂層Makelile中定義的一個變量，在第一次讀取執(zhí)行此 Makefile文件時，KERNELRELEASE沒有被定義，所以make將讀取執(zhí)行else之后的內(nèi)容。

如果make的目標是clean. 直接執(zhí)行clean操作,然后結(jié)束。

當沒有聲明make的目標時,make執(zhí)行默認操作,即default 后的指令，此時-C$ (KDIR)指明跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核源代碼目錄下讀取那里的Makefiles SUBDIRS $ (PWD) 表明需要返回到當前目錄繼續(xù)讀入并執(zhí)行當前的Makefile.當從內(nèi)核源代碼目錄返回時, KERNELRELEASE已被定義,kbuild也被啟動去解析kbuild語法的語句，make將繼續(xù)讀取else之前的內(nèi)容。

實驗過程：

在當前文件夾下執(zhí)行make命令

觀察當前文件夾是否生成所需文件

sudo insmod 安裝LKM

觀察安裝LKM后dmesg輸出的內(nèi)核初始化信息

sudo rmmod 卸載LKM

觀察卸載LKM后dmesg輸出的內(nèi)核初始化和撤銷信息

1.4調(diào)試分析

分析一:make命令提示空變量名錯誤

首先遇到的錯誤為，make命令報告空變量名。是make文件的格式問題，注意在$(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS =$(shell pwd) modules，SUBDIRS的后沒有空格，去掉空格后問題解決。

分析二：mkdir創(chuàng)建目錄權(quán)限不夠

mkdir創(chuàng)建目錄權(quán)限不夠，錯誤定位在fixdep.c文件的404行，fatal error打開依賴文件的權(quán)限不夠，并顯示compilation terminated（編譯結(jié)束）。

fixdep.c文件是make的一個工具，由make在編譯時調(diào)用。問題出在make -C SUBDIRS=處，應(yīng)修改為make -C M=。二者的區(qū)別在于，$(MAKE)相當于make，-C 選項的作用是指將當前工作目錄轉(zhuǎn)移到所指定的位置。“M=”表示當用戶需要以某個內(nèi)核為基礎(chǔ)編譯一個外部模塊的話，需要在make modules 命令中加入“M=dir”，程序會到所指定的dir目錄中查找模塊源碼，將其編譯，生成.ko文件。

M并非隨意命名，在新的內(nèi)核模塊編程中的make命令中有個M選項，是makefile腳本中的一個變量，$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)與$(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS =$(PWD)的作用是一樣的，不過SUBDIRS是過時的使用方法，修改后問題得以解決。

make文件和c文件如下：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-744832.html

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m := kello.o
else 
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
default:
    $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(shell pwd) modules
    rm -r -f .tmp_versions *.mod.c .*.cmd *.o *.symvers
endif

#include<linux/module.h>

/*
此函數(shù)為模塊初始化實例，
將在模塊初始化時被調(diào)用
*/
int hello_init(void)
{
    printk("\nI AM HERE IN KERNEL:)\n");
    return 0;
}

/*
此函數(shù)為模塊回收實例，
將在模塊被撤銷時使用
*/
void hello_exit(void){
    printk("\n I AM OUT BYE BYE :)\n");
}

MODULE_AUTHOR("zhuoge04");//描述模塊作者為本人
MODULE_LICENSE("GPL");

/*
以下兩行聲明可以使模塊被更高效的加載執(zhí)行和撤銷，
加快內(nèi)存的分配和回收
*/
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);