linux中引入模塊機(jī)制的好處是什么

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linux中引入模塊機(jī)制的好處：1、應(yīng)用程序在退出時(shí)，可以不管資源的釋放或者其他的清除工作，但是模塊的退出函數(shù)卻必須仔細(xì)此撤銷(xiāo)初始化函數(shù)所作的一切；2、該機(jī)制有助于縮短模塊的開(kāi)發(fā)周期，即注冊(cè)和卸載都很靈活方便。

Linux中引入模塊機(jī)制有什么好處？

首先，模塊是預(yù)先注冊(cè)自己以便服務(wù)于將來(lái)的某個(gè)請(qǐng)求，然后他的初始化函數(shù)就立即結(jié)束。換句話說(shuō)，模塊初始化函數(shù)的任務(wù)就是為以后調(diào)用函數(shù)預(yù)先作準(zhǔn)備。

好處：

• 1) 應(yīng)用程序在退出時(shí)，可以不管資源的釋放或者其他的清除工作，但是模塊的退出函數(shù)卻必須仔細(xì)此撤銷(xiāo)初始化函數(shù)所作的一切。

• 2) 該機(jī)制有助于縮短模塊的開(kāi)發(fā)周期。即：注冊(cè)和卸載都很靈活方便。

Linux模塊機(jī)制淺析

Linux允許用戶通過(guò)插入模塊，實(shí)現(xiàn)干預(yù)內(nèi)核的目的。一直以來(lái)，對(duì)linux的模塊機(jī)制都不夠清晰，因此本文對(duì)內(nèi)核模塊的加載機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)單地分析。

模塊的Hello World！

我們通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的模塊進(jìn)行測(cè)試。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為模塊入口函數(shù)，在模塊加載時(shí)被調(diào)用執(zhí)行，exit為模塊出口函數(shù)，在模塊卸載被調(diào)用執(zhí)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指定了目標(biāo)文件的名稱(chēng)，文件名需要和源文件名相同（擴(kuò)展名除外），以便于make自動(dòng)推導(dǎo)。

然后使用make命令編譯模塊，得到模塊文件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]: 正在進(jìn)入目錄 `/usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic'
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
make[1]:正在離開(kāi)目錄 `/usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic'

使用insmod和rmmod命令對(duì)模塊進(jìn)行加載和卸載操作，并使用dmesg打印內(nèi)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!

通過(guò)內(nèi)核日志信息，可以看出模塊的入口函數(shù)和出口函數(shù)都被正確調(diào)用執(zhí)行。

模塊文件

使用readelf命令查看一下模塊文件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

我們發(fā)現(xiàn)main.ko的文件類(lèi)型為可重定位目標(biāo)文件，這和一般的目標(biāo)文件格式?jīng)]有任何區(qū)別。我們知道，目標(biāo)文件是不能直接執(zhí)行的，它需要經(jīng)過(guò)鏈接器的地址空間分配、符號(hào)解析和重定位的過(guò)程，轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行文件才能執(zhí)行。

那么，內(nèi)核將main.ko加載后，是否對(duì)其進(jìn)行了鏈接呢？

模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

首先，我們了解一下模塊的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

linux3.5.2/kernel/module.h:220

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

模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的init和exit函數(shù)指針記錄了我們定義的模塊入口函數(shù)和出口函數(shù)。

模塊加載

模塊加載由內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)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);//模塊加載
    ……
    /* Start the module */
    if (mod->init != NULL)
       ret = do_one_initcall(mod->init);//模塊init函數(shù)調(diào)用
    ……
    return 0;
}

系統(tǒng)調(diào)用init_module由SYSCALL_DEFINE3(init_module...)實(shí)現(xiàn)，其中有兩個(gè)關(guān)鍵的函數(shù)調(diào)用。load_module用于模塊加載，do_one_initcall用于回調(diào)模塊的init函數(shù)。

函數(shù)load_module的實(shí)現(xiàn)為。

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);//拷貝到內(nèi)核
    if (err)
       return ERR_PTR(err);
    /* Figure out module layout, and allocate all the memory. */
    mod = layout_and_allocate(&info);//地址空間分配
    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);//符號(hào)解析
    if (err < 0)
       goto free_modinfo;
    err = apply_relocations(mod, &info);//重定位
    if (err < 0)
       goto free_modinfo;
    ……
}

函數(shù)load_module內(nèi)有四個(gè)關(guān)鍵的函數(shù)調(diào)用。copy_and_check將模塊從用戶空間拷貝到內(nèi)核空間，layout_and_allocate為模塊進(jìn)行地址空間分配，simplify_symbols為模塊進(jìn)行符號(hào)解析，apply_relocations為模塊進(jìn)行重定位。

由此可見(jiàn)，模塊加載時(shí)，內(nèi)核為模塊文件main.ko進(jìn)行了鏈接的過(guò)程！

至于函數(shù)do_one_initcall的實(shí)現(xiàn)就比較簡(jiǎn)單了。

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();//調(diào)用init module
    ……
    return ret;
}

即調(diào)用了模塊的入口函數(shù)init。

模塊卸載

模塊卸載由內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)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();//調(diào)用exit module
    ……
    free_module(mod);//卸載模塊
    ……
}

通過(guò)回調(diào)exit完成模塊的出口函數(shù)功能，最后調(diào)用free_module將模塊卸載。

讀到這里，這篇“l(fā)inux中引入模塊機(jī)制的好處是什么”文章已經(jīng)介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識(shí)點(diǎn)還需要大家自己動(dòng)手實(shí)踐使用過(guò)才能領(lǐng)會(huì)，如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容的文章，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。