实战 - 编写一个最简单的 Hello World 内核模块
实战 - 编写一个最简单的 Hello World 内核模块
在嵌入式开发中，编写 Linux 内核模块是设备驱动开发的重要基础。内核模块可以帮助我们在不修改内核源码的情况下扩展内核功能。本篇博客将指导你如何编写并运行一个简单的 Hello World 内核模块，让你快速入门内核模块开发。
目标
通过本篇教程，您将了解如何：
- 编写一个最简单的 Linux 内核模块。
- 使用 module_init 和 module_exit 宏。
- 加载和卸载内核模块（insmod / rmmod）。
- 查看内核日志（dmesg）输出。
关键词
- Linux 内核模块
- Hello World
- 驱动开发
- module_init 和 module_exit
1. module_init 和 module_exit 介绍
在 Linux 内核模块中，module_init 和 module_exit 是两个非常重要的宏。它们分别用来指定模块的初始化函数和卸载函数。
- module_init: 定义模块加载时调用的初始化函数。
- module_exit: 定义模块卸载时调用的清理函数。
这两个宏会告诉内核在加载或卸载模块时分别执行哪些操作。
初始化函数
初始化函数是在模块加载时调用的函数，它负责进行模块初始化操作。比如，打印一条日志，注册设备，初始化硬件等。
卸载函数
卸载函数是在模块卸载时调用的函数，它负责进行清理操作。例如，释放分配的内存、注销设备等。
2. 实战：编写 hello.ko 内核模块
2.1 编写 hello.c 源码
我们首先创建一个名为 hello.c 的文件，内容如下：
#include <linux/module.h> // 必须包含的头文件
#include <linux/kernel.h> // printk 函数
#include <linux/init.h> // module_init 和 module_exit// 初始化函数
static int __init hello_init(void) {printk(KERN_INFO "Hello, World! Module Loaded.\n");return 0;
}// 卸载函数
static void __exit hello_exit(void) {printk(KERN_INFO "Goodbye, World! Module Unloaded.\n");
}// 定义初始化函数和卸载函数
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);// 模块信息
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Issac");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World kernel module");
2.2 代码解析
- #include <linux/module.h>: 包含了与模块相关的函数和宏定义。
- #include <linux/kernel.h>: 提供了内核级别的日志打印函数 printk，它类似于 printf，但可以在内核空间输出日志。
- module_init(hello_init) 和 module_exit(hello_exit)：分别指定了模块加载时调用的初始化函数和卸载时调用的清理函数。
- MODULE_LICENSE(“GPL”)：告诉内核模块使用的许可证是 GPL 许可证，这对于开源模块来说是必须的。
- MODULE_AUTHOR 和 MODULE_DESCRIPTION：用于描述模块的作者和功能。
2.3 编写 Makefile
为了编译内核模块，我们需要创建一个 Makefile，它负责指定编译规则。我们创建一个名为 Makefile 的文件，内容如下：
obj-m += hello.o # 指定要编译的模块名all:make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modulesclean:make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
Makefile 解析：
- obj-m += hello.o: 告诉 Makefile 要编译的内核模块是 hello.o。
- make -C /lib/modules/ ( s h e l l u n a m e − r ) / b u i l d M = (shell uname -r)/build M= (shelluname−r)/buildM=(PWD) modules: 使用当前系统的内核源代码来编译模块。
- clean: 用来清理编译产生的中间文件。
3. 实战：加载和卸载模块
3.1 编译内核模块
在终端中进入包含 hello.c 和 Makefile 文件的目录，然后执行以下命令编译内核模块：
make
如果一切顺利，编译完成后，会生成一个名为 hello.ko 的内核模块文件。
3.2 加载内核模块
使用 insmod 命令加载内核模块：
sudo insmod hello.ko
这将会加载 hello.ko 模块到内核中。
3.3 查看日志
加载模块后，可以使用 dmesg 查看内核日志，确认模块是否加载成功。
dmesg | tail -n 10
你会看到类似以下的输出：
[ 435.278564] Hello, World! Module Loaded.
3.4 卸载内核模块
使用 rmmod 命令卸载内核模块：
sudo rmmod hello
3.5 再次查看日志
卸载模块后，使用 dmesg 查看内核日志，确认模块是否被成功卸载：
dmesg | tail -n 10
你会看到类似以下的输出：
[ 456.589876] Goodbye, World! Module Unloaded.
4. 总结
恭喜你！你已经成功编写并运行了第一个 Linux 内核模块——一个简单的 Hello World 模块。通过这个实战，你不仅学习了如何编写内核模块，还学会了如何加载、卸载模块，并查看内核日志。
重点回顾：
- module_init 和 module_exit 用来分别指定模块的初始化和卸载函数。
- 使用 insmod 加载模块，使用 rmmod 卸载模块。
- printk 用于打印内核日志，类似于用户空间的 printf。
- dmesg 可以查看内核日志，帮助调试内核模块。
内核模块是驱动开发的基础，掌握内核模块的开发将为你进一步深入 Linux 驱动开发奠定坚实的基础。如果你还想了解更多内核模块的高级功能，例如参数传递、设备注册、IO 控制等，可以继续深入学习。
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