單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,Linux,模塊編程,1,主要內(nèi)容,1,Linux,內(nèi)核模塊機制介紹,2,內(nèi)核編程,2,微內(nèi)核與單內(nèi)核,Linux,的模塊機制,Linux,內(nèi)核模塊機制介紹,1,3,先來區(qū)分進程的兩種運行模式：,用戶模式,(user mode),運行在用戶空間，實現(xiàn)用戶的功能,內(nèi)核模式,(kernel mode,運行在內(nèi)核空間，一般是實現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)的功能。,進程在自己空間中實現(xiàn)用戶功能時，如果想使用系統(tǒng)功能，必須將運行級別從用戶態(tài)提升到核心態(tài)才能訪問內(nèi)核空間，實現(xiàn)相關(guān)操作。這個過程是通過系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)的，,而用戶態(tài)切換到核心態(tài)過程不可避免的存在一定開銷,。,4,1.,兩種體系結(jié)構(gòu)下的內(nèi)核,微內(nèi)核,（,Micro kernel,）,最常用的功能模塊被設(shè)計成內(nèi)核模式運行的一個或一組進程，通常只包含進程調(diào)度、內(nèi)存管理和進程間通信幾個基本功能。,其他功能,都作為單獨的進程,在用戶模式下運行,，通過信號量、郵箱等信息傳遞方式進行通信。,靈活、易于移植。,進程間通信開銷大，速度相對較慢。,單內(nèi)核,（,Monolithic kernel,，有時也叫宏內(nèi)核,Macro kernel,）,內(nèi)核一般做為一個大進程存在，內(nèi)部各功能模塊可直接調(diào)用彼此的函數(shù)。,因為都在內(nèi)核空間，沒有切換開銷，效率上有一定優(yōu)勢。,可擴展性和可維護性比較差。,5,2.Linux,的模塊機制,Linux,操作系統(tǒng)內(nèi)核是單內(nèi)核，速度和性能都很高，問題在于如何提高可擴展性和可維護性？,模塊,(Module),機制,用戶可以根據(jù)需要，在不需要對內(nèi)核重新編譯的情況下，可以將,模塊動態(tài)地載入或移出內(nèi)核,。,6,模塊的編寫,模塊的編譯,模塊的安裝與使用,2,模塊編程,7,內(nèi)核模式下編程的一些限制：,不能使用用戶模式下的,C,標準庫，因為內(nèi)核模式下不存在,libc,庫，也就沒有這些用戶函數(shù)供調(diào)用。,不能使用浮點運算，因為,linux,內(nèi)核切換模式時不保存處理器的浮點狀態(tài)。,不要讓內(nèi)核程序進行長時間等待，因為,linux,內(nèi)核是非搶占的。,盡可能保持代碼的清潔易懂，因為內(nèi)核調(diào)試不方便，簡潔的代碼能減少并方便后期調(diào)試。,8,1.,模塊的編寫,一個模塊一般包含如下幾部分,許可證聲明,模塊初始化和退出函數(shù)聲明,初始化和退出函數(shù),普通函數(shù),模塊導(dǎo)出符號表,其他操作,9,關(guān)于模塊導(dǎo)出符號表,只有模塊中導(dǎo)出的內(nèi)核函數(shù)才可以被其它模塊調(diào)用。導(dǎo)出的內(nèi)核符號表被看作是導(dǎo)出的內(nèi)核接口，也可以看作內(nèi)核,API,。,在內(nèi)核中，導(dǎo)出內(nèi)核函數(shù)使用的指令有：,10,關(guān)于模塊的許可證,從,Linux,內(nèi)核,2.4.10,開始，動態(tài)加載的模塊必須通過,MODULE_LICENSE,宏聲明此模塊的許可證，否則動態(tài)加載時，會收到內(nèi)核被污染,“,module license,unspecified,taints kernel.,”,的警告。,被內(nèi)核接受的許可證有很多，最常用的的是,“,GPL,”,和,Dual BSD/GPL,。,書寫格式如下：,MODULE_LICENSE(GPL);,MODULE_LICENSE(Dual,BSD/GPL);,11,關(guān)于模塊的參數(shù),Linux,操作系統(tǒng)內(nèi)核模塊也可帶參數(shù),定義一個模塊參數(shù),module_param(name,type,perm);,name,參數(shù)名,type,參數(shù)類型,perm,指定模塊在,sysfs,文件系統(tǒng)下的對應(yīng)文件權(quán)限，可用八進制，或,S_Ifoo,形式，如,S_IRUGO|S_IWUSR,表示任何人可讀，所有者可寫。,如,:,static char*,user_name,=“username”;,module_param(user_name,charp,S_IRUGO,);,安裝模塊時使用參數(shù),insmod,module.ko,user_name,=book_user1,type,參數(shù)：,byte,字節(jié),short,短整型,ushort,無符號短整型,int,整型,uint,無符號整型,long,長整型,ulong,無符號長整型,charp,字符指針,bool,布爾類型,12,關(guān)于模塊使用計數(shù),內(nèi)核需要記錄加載到系統(tǒng)里的每一個模塊的使用情況。,在,Linux,操作系統(tǒng),2.4,內(nèi)核中使用兩個宏來完成對模塊引用計數(shù)的操作：,在,Linux,操作系統(tǒng),2.6,內(nèi)核中，使用下面的兩個函數(shù)來完成對模塊引用計數(shù)的操作：,13,編寫一個內(nèi)核模塊,module,，向外導(dǎo)出兩個函數(shù)，分別是“求累積和”和“求階乘”功能。,編寫另兩個內(nèi)核模塊,module1,、,module2,，分別使用上面,module,模塊中的函數(shù)，實現(xiàn)計算。,注意路徑清晰，分別在三個目錄下編寫,內(nèi)核編寫實例,14,內(nèi)核調(diào)試常用函數(shù),printk,printk,是內(nèi)核使用的函數(shù)，接口和,printf,(),基本相似，可以在控制臺顯示多達,1024,個字符。,內(nèi)核根據(jù)“記錄級別”判斷是否在終端打印消息。沒有指定日志級別的,printk,語句默認采用的級別是,DEFAULT_ MESSAGE_LOGLEVEL,（級別在,4,），看不到輸出，因為正常輸出的前提是日志輸出級別小于,console_loglevel,（在內(nèi)核中數(shù)字越小優(yōu)先級越高）。這些級別都是簡單宏定義，可在,include/,linux,/,kernel.h,中查看。,15,#include,#include,MODULE_LICENSE(Dual,BSD/GPL);,static,int,_init,mod_init_modtest(void,);,static void _exit,mod_exit_modtest(void,);,module_init(mod_init_modtest,);,module_exit(mod_exit_modtest,);,int,sum_op(int,numdata,);,int,factorial_op(int,N);,/,初始化與退出函數(shù),int mod_init_modtest(void),printk(KERN_INFO-Module_export_symbol,init!-n);,return 0;,void,mod_exit_modtest(void,),printk(KERN_INFO-Module_export_symbol,was deleted!-n);,/,普通函數(shù),=,EXPORT_SYMBOL(sum_op,);,EXPORT_SYMBOL(factorial_op,);,MODULE_AUTHOR(book,author);,MODULE_DESCRIPTION(module1:Module_export_symbol-,sum_op-factorial_op,-);,MODULE_VERSION(Ver,1.0);,int sum_op(int numdata),/,用于計算比某一數(shù)字小的所有正整數(shù)的和，,char i=0;,char ret=0;,printk(KERN_INFOsum operationn);,while(i=numdata),ret+=i+;,return ret;,int,factorial_op(int,N),/,factorial_op,(),用于計算某一數(shù)字的階乘,char i=1;,int,Nx,=1;,printk(KERN_INFOfactorial,operationn);,if(N=0),return,Nx,;,for(;i,=,N;i,+),Nx,=,Nx,*i;,return,Nx,;,module.c,16,#include,#include,MODULE_LICENSE(Dual,BSD/GPL);,static,int,_init mod_init_modtest1(void);,static void _exit mod_exit_modtest1(void);,module_init(mod_init_modtest1);,module_exit(mod_exit_modtest1);,static char*,user_name,=,book_user,;,static,int,num_operator,=0;,extern,int,sum_op(int,);,int,mod_init_modtest1(void),int,result=0;,printk(KERN_INFOHello,I,am module 1!n);,printk(KERN_INFO%s,Welcome,to use this,sum_op!n,user_name,);,result=sum_op(,num_operator,);,printk(KERN_INFO1+.+%d =%dn,num_operator,result);,return 0;,void mod_exit_modtest1(void),printk(KERN_INFOModule,1:Goodbye%,sn,user_name,);,module_param(,user_name,charp,S_IRUGO);,module_param(,num_operator,int,S_IRUGO);,MODULE_AUTHOR(book,author);,MODULE_DESCRIPTION(Simple,Module 1,used to,sum_op,);,MODULE_VERSION(Ver,1.0);,module1.c,聲明為內(nèi)核模塊的參數(shù),改成,KERN_ALERT,級別試試。,安裝模塊時不提供參數(shù)時，缺省的參數(shù)值,module1,用到了,module,中的導(dǎo)出符號，其,makefile,中會有一句：,KBUILD_EXTRA_SYMBOLS=./module/,Module.symvers,17,#include,#include,MODULE_LICENSE(Dual,BSD/GPL);,static,int,_init mod_init_modtest2(void);,static void _exit mod_exit_modtest2(void);,module_init(mod_init_modtest2);,module_exit(mod_exit_modtest2);,static char*,user_name,=,book_user,;,static,int,num_operator,=0;,extern,int,factorial_op(int,);,int,mod_init_modtest2(void),int,result=0;,printk(KERN_INFOHello,I,am module 2!n);,printk(KERN_INFO%s,Welcome,to use this,factorial_op!n,user_name,);,result=factorial_op(num_operator);,printk(KERN_INFO%d!=%dn,num_operator,result);,return 0;,void mod_exit_modtest2(void),printk(KERN_INFOModule,2:Goodbye%,sn,user_name,);,module_param(user_name,charp,S_IRUGO);,module_param(num_operator,int,S_IRUGO);,MODULE_AUTHOR(book,author);,MODULE_DESCRIPTION(Simple,Module 2,used to,factoria