作者：蔡倫輝
寫在前面
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設(shè)置測試系統(tǒng)
在該小節(jié)中，有以下一段話：
“不管內(nèi)核來自哪里，想要為2.6x內(nèi)核構(gòu)造模塊，還必須在自己的系統(tǒng)中配置并構(gòu)造好內(nèi)核樹。這一要求和先前版本的內(nèi)核不同，先前的內(nèi)核只要有一套內(nèi)核頭文件就夠了。但因?yàn)?.6內(nèi)核的模塊要和內(nèi)核源代碼樹中的文件連接，通過這種方式，可得到一個(gè)更加健壯的模塊裝載器，但也需要這些目標(biāo)文件存在于內(nèi)核目錄樹中。”
這段話說出了2.4和2.6兩種版本的驅(qū)動(dòng)模塊的編寫的一個(gè)不同之處。問題來自，我用的操作系統(tǒng)是Fedora Core 5。FC5在安裝時(shí)是不安裝源代碼樹在PC上的。所以我必須在我的FC5上建立內(nèi)核源代碼樹。最好在構(gòu)造內(nèi)核模塊時(shí)運(yùn)行的恰好是目標(biāo)內(nèi)核。書上的例子是在版本2.6.10中構(gòu)造的，用命令uname -r查看，FC5的版本信息為：2.6.15－1.2054_FC5。所以我要建立的內(nèi)核源代碼樹的版本為2.6.15。下面詳細(xì)介紹其建立過程。
1。??下載內(nèi)核rpm包
rpm包名稱：kernel-2.6.15-1.2054_FC5.src.rpm
下載地址：http://download.fedora.redhat.com/pub/fedora/linux/core/5/source/SRPMS/
kernel-2.6.15-1.2054_FC5.src.rpm
2。? ? 安裝rpm包
以root身份登陸，以下步驟都以root身份執(zhí)行。進(jìn)入保存rpm包的目錄下，運(yùn)行命令：
#rpm -Uvh kernel-2.6.15-1.2054_FC5.src.rpm
? ?? ?? ?? ?該命令將rpm的內(nèi)容寫到路徑/usr/src/redhat/SOURSE和/usr/src/redhat/SPECS下。
3。? ?build源碼包
? ?? ?? ?? ?#cd /usr/src/redhat/SPECS
#rpmbuild -bp --target i686 kernel-2.6.spec
該命令將會(huì)把內(nèi)核源碼樹放到目錄
/usr/src/redhat/BUILD/kernel-2.6.15/kernel-2.6.15.686
4。? ? 配置內(nèi)核
Fedora Core 5附帶的內(nèi)核配置文件在內(nèi)核源碼樹的configs/目錄下。
例如，i686 SMP 配置文件被命名為
configs/kernel-version-i686-smp.config。
但我的PC機(jī)為i686,單CPU，所以不是SMP，應(yīng)該選的內(nèi)核配置文件是：kernel-2.6.15-i686.config
注意：如果你的PC是單CPU的，而選 configs/kernel-version-i686-smp.config進(jìn)行內(nèi)核配置，則在建立代碼樹后運(yùn)行后面的insmod hello.ko會(huì)失敗，失敗原因我在文件/var/log/messages中找到如下：Nov 23 04:55:02 localhost kernel: hello: version magic '2.6.15-1.2054_FC5 SMP 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1' should be '2.6.15-1.2054_FC5 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1'
一對比：
'2.6.15-1.2054_FC5 SMP 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1'
'2.6.15-1.2054_FC5 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1‘
看出區(qū)別了吧，原因是我選的配置文件不對。我一開始就犯了這個(gè)錯(cuò)誤錯(cuò)誤，結(jié)果不得不又從頭開始進(jìn)行漫長的編譯。
使用下列命令來將需要的配置文件復(fù)制到合適的位置，用來編譯：
#cd /usr/src/redhat/BUILD/kernel-2.6.15/linux-2.6.15.i686?
#cp configs/kernel-version-i686.config .config你也可以在 /lib/modules/version/build/.config 這個(gè)位置找到與您當(dāng)前的內(nèi)核匹配的 .config 文件。因?yàn)閎uild是個(gè)連接，其連接目標(biāo)就是/usr/src/redhat/BUILD/kernel-2.6.15/linux-2.6.15.i686
用以下命令調(diào)出內(nèi)核配置菜單。
#make menuconfig
配置如下：
Loadable module support --->

• Enable loadable module support
• Module unloading
  [ ] Module versioning support (EXPERIMENTAL)
• Automatic kernel module loading? ?? ??
  5。? ? 修改Makefile
  每個(gè)內(nèi)核的名字都包含了它的版本號(hào)，這也是 uname -r 命令顯示的值。內(nèi)核Makefile 的前四行定義了內(nèi)核的名字。為了保護(hù)官方的內(nèi)核不被破壞，Makefile經(jīng)過了修改，以生成一個(gè)與運(yùn)行中的內(nèi)核不同的名字。在一個(gè)模塊插入運(yùn)行中的內(nèi)核前，這個(gè)模塊必須針對運(yùn)行中的內(nèi)核進(jìn)行編譯。為此,你必須編輯內(nèi)核的Makefile。
  例如，如果 uname -r 返回字符串 2.6.15-1.2054_FC5，就將 EXTRAVERSION 定義從：
  EXTRAVERSION = -prep
  修改為：
  EXTRAVERSION = -1.2054_FC5
  也就是最后一個(gè)連字符后面的所有內(nèi)容。
  6。? ? 編譯內(nèi)核
  在目錄/usr/src/redhat/BUILD/kernel-2.6.15/linux-2.6.15.i686下即Makefile所在的目錄使用下面命令編譯內(nèi)核：
  #make bzImage? ?? ?? ???編譯內(nèi)核?
  #make modules? ?? ?? ???編譯模塊?
  #make modules_install? ?安裝模塊這一步可是一個(gè)漫長的過程啊，花去我差不多一個(gè)小時(shí)
  
  。
  7。? ? 完成“內(nèi)核樹”的安裝
  以上這一步如果沒什么錯(cuò)誤，到此就完成了內(nèi)核代碼樹的建立。
  目錄“/usr/src/redhat/BUILD/kernel-2.6.15/kernel-2.6.15.686/”中就是所謂的“內(nèi)核代碼樹”，同時(shí)“/lib/modules/2.6.15-1.2054_FC5/build”是個(gè)符號(hào)鏈接，也指向這個(gè)目錄，所以這里也可以叫做“內(nèi)核代碼樹”。
  以上的建立步驟是在參考《在Linux 2.6內(nèi)核下編譯可以加載的內(nèi)核模塊》（原文地址http://blog.csdn.net/wooin/archive/2007/05/21/1619141.aspx）同時(shí)結(jié)合自己的實(shí)踐而得出，增加一些說明并修正了其中的一些錯(cuò)誤。
  完成以上的步驟，便為我們后面的實(shí)踐打下了基礎(chǔ)。
  Hello World模塊
  要想驗(yàn)證我們的內(nèi)核代碼樹是否成功建立，可以寫個(gè)內(nèi)核模塊測試一下，就從Hello world程序開始。以下是名為hello.c的文件的代碼：
  ? ? ? ? ? ? ? ??
  ? ? ? ? ? ? ? ? #include linux/init.h>
  #include linux/module.h>
  MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");//(1)
  static int hello_init(void)//(2)?
  {
  ? ?printk(KERN_ALERT "Hello, World!\n");//(3)
  ? ?return 0;
  }
  static void hello_exit(void)?
  {
  ? ?printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel World!\n");
  }
  module_init(hello_init);//(4)
  module_exit(hello_exit);//(5)
  代碼說明：
  ? ? (1):
  MODULE_LICENSE是一個(gè)特殊的宏，用來告訴內(nèi)核，該模塊采用自由許可證；可以不要這樣的聲明，但不要的話，運(yùn)行ismod hello.ko時(shí)會(huì)出現(xiàn)"hello: module
  license 'unspecified' taints
  kernel."，詞典上對taints的解釋是"感染，污點(diǎn)"，即內(nèi)核在裝載該模塊時(shí)會(huì)產(chǎn)生抱怨
  
  ，內(nèi)核有情緒？！還要注意的一點(diǎn)是，這句不要寫到最后，放到(5)后面，還是會(huì)出現(xiàn)內(nèi)核污染的提示。
  ? ? (2):對模塊內(nèi)的函數(shù)一般需要加上static關(guān)鍵字進(jìn)行修飾，這樣可防止模塊外訪問該函數(shù)，這是應(yīng)該養(yǎng)成的一個(gè)好習(xí)慣。
  ? ? (3):printk函數(shù)相當(dāng)于C標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)printf, KERN_ALERT是指的輸出消息的優(yōu)先級(jí)別。
  ? ? (4)(5):模塊初始化和模塊退出時(shí)有專門的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)在2.4和2.6兩種版本的內(nèi)核有所區(qū)別。
  然后編寫該程序的Makefile：
  # Makefile for hello.c
  obj-m:=hello.o
  KDIR:=/lib/modules/2.6.15-1.2054_FC5/build
  PWD:=$(shell pwd)
  default:
  ? ? $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
  .PHONY:clean
  clean:
  ? ? rm -f *.o *~ *.ko
  該Makefile為何這樣寫，可以參考相關(guān)資料，如我轉(zhuǎn)載的《2.6驅(qū)動(dòng)移植系列之Getting started(2）－－模塊編譯》和在內(nèi)核代碼的/Documentation/kbuild目錄下的makefile.txt這篇文檔。簡單解析下，$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules命令首先改變目錄到-C選項(xiàng)指定的位置（即內(nèi)核源代碼目錄），其中保存有內(nèi)核的頂層Makefile文件，因?yàn)閎uild腳本會(huì)首先判斷有無必要重新編譯內(nèi)核，所以如果需要先重新編譯內(nèi)核的話，編譯過程會(huì)運(yùn)行一段時(shí)間。M＝選項(xiàng)讓該Makefile在構(gòu)造modules目標(biāo)之前返回到模塊源代碼目錄。然后，modules目標(biāo)指向obj-m變量中設(shè)定的模塊。
  有一點(diǎn)需要注意的，Makefile文件名一定要大寫，不能寫出makefile，否則在你make時(shí)會(huì)出現(xiàn)“沒有規(guī)則可以創(chuàng)建目標(biāo)。停止”類似的提示。
  執(zhí)行make命令進(jìn)行編譯就行了， 執(zhí)行完畢后，會(huì)生成幾個(gè)文件：
  hello.ko
  hello.mod.c
  hello.mod.o
  hello.o
  注意：2.6內(nèi)核的模塊后綴名為.ko
  運(yùn)行命令：
  #insmod hello.ko掛載成功，但看不到輸出:Hello World!。
  然后再運(yùn)行命令：
  #rmmod hello同樣卸載成功但也看不到輸出：Goodbye, cruel world!
  后來查看日志文件/var/log/messages，哈哈，原來輸出到這里來了！后來查找原因，原來在GNOME環(huán)境(即圖形界面)信息不會(huì)輸出到終端，在在控制臺(tái)下則可以看到輸出信息。按換到控制臺(tái)模式，以root身份登陸，再運(yùn)行insmod hello.ko，果然看到輸出。再按可以切換回GNOME環(huán)境。
  如果你在運(yùn)行insmod hello.ko時(shí)出現(xiàn)以下提示：
  insmod: error inserting 'hello.ko': -1 Invalid module format
  可能的原因有：
  ? ? 1。內(nèi)核源代碼樹沒有建立好。
  ? ? 2。編譯器的版本不對。可以查看內(nèi)核文檔中的Documentation/Changes文件列出的需要的工具版本。
  ? ? 3。Makefile編寫不對。
  核心模塊與應(yīng)用程序的對比
  內(nèi)核模塊與應(yīng)用程序的不同之處有：
  ? ? 1。大多數(shù)小規(guī)模及中規(guī)模應(yīng)用程序是從頭到尾執(zhí)行單個(gè)任務(wù)，而模塊只是預(yù)先注冊自己以便服務(wù)于將來的某個(gè)請求，然后它的初始化函數(shù)就立即結(jié)束。
  ? ? 2。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，但模塊的退出卻必須仔細(xì)撤銷初始化函數(shù)所做的一切，否則，在系統(tǒng)重新引導(dǎo)之前某些東西就會(huì)殘留在系統(tǒng)中。
  ? ? 3。模塊運(yùn)行在所謂的內(nèi)核空間里，而應(yīng)用程序運(yùn)行在所謂的用戶空間中。
  用戶空間和內(nèi)核空間
  操作系統(tǒng)的作用是為應(yīng)用程序提供一個(gè)對計(jì)算機(jī)硬件的一致視圖，除此之外，還必須負(fù)責(zé)程序的獨(dú)立操作并保護(hù)資源不受非法訪問。
  這兩種運(yùn)行模式都有自己的內(nèi)存映射，也即自己的地址空間。
  每當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用或者被硬件中斷掛起時(shí)，linux將執(zhí)行模式從用戶空間切換到內(nèi)核空間。而處理硬件中斷的內(nèi)核代碼和進(jìn)程是異步的，與任何一個(gè)特定的進(jìn)程無關(guān)。
  模塊化代碼在內(nèi)核空間中運(yùn)行，用于擴(kuò)展內(nèi)核功能。通常來講，一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序要執(zhí)行兩類任務(wù)：模塊中的某些函數(shù)作為系統(tǒng)調(diào)用的一部分而執(zhí)行，而其他函數(shù)則負(fù)責(zé)中斷處理。
  當(dāng)前進(jìn)程
  內(nèi)核代碼可以通過訪問全局項(xiàng)current來獲得當(dāng)前進(jìn)程。current指針指向當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程。在open,read等系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程中，當(dāng)前進(jìn)程指的是調(diào)用這些系統(tǒng)調(diào)用的進(jìn)程。
  與早期linux內(nèi)核版本不同，2.6中current不再是全局變量。然而，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序只要包含頭文件即可以引用當(dāng)前進(jìn)程。
  編譯模塊
  實(shí)際上hello world的makefile的一個(gè)更容易的寫法是：
  # 如果已定義KERNELRELEASE，則說明是從內(nèi)核構(gòu)造系統(tǒng)調(diào)用的。
  # 因此可以利用其內(nèi)建語句
  ifneq ($(KERNELRELEASE),)?
  ? ? obj-m := hello.o
  # 否則是直接從命令行調(diào)用
  # 這時(shí)要調(diào)用內(nèi)核構(gòu)造系統(tǒng)
  else?
  ? ? KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build?
  ? ? PWD := $(shell pwd)?
  default:?
  ? ? $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesendif?
  KERNELRELEASE是在內(nèi)核源碼的頂層Makefile中定義的一個(gè)變量，在第一次讀取執(zhí)行此Makefile時(shí)，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(biāo)是clean，直接執(zhí)行clean操作，然后結(jié)束。當(dāng)make的目標(biāo)為all時(shí)，-C
  $(KDIR) 指明跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核源碼目錄下讀取那里的Makefile；M=$(PWD)
  表明然后返回到當(dāng)前目錄繼續(xù)讀入、執(zhí)行當(dāng)前的Makefile。當(dāng)從內(nèi)核源碼目錄返回時(shí)，KERNELRELEASE已被被定義，kbuild也被啟動(dòng)去
  解析kbuild語法的語句，make將繼續(xù)讀取else之前的內(nèi)容。else之前的內(nèi)容為kbuild語法的語句,
  指明模塊源碼中各文件的依賴關(guān)系，以及要生成的目標(biāo)模塊名。
  （continue...）

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總結(jié)

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