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Linux内核学习之内核模块的开发

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1:关于内核模块开发的问题之前要知道Linux内核模块是怎么来的?是怎么一回事?


Linux内核的整体结构非常庞大,包括的组件非常多,如何使用需要的组件?


方法一:把所有的组件都编译进内核文件,即:zlmage或bzlmage


但是会出现两个问题:


一是:生成内核文件过大

二是:如果要添加或删除某个组件,需要重新编译整个内核


方法二:我们希望的是有一种机制让内核文件本身不包含某组件,而是在该组件需要使用的时候,动态的添加到正在运行的内核中?


这就是我们提到的内核模块的概念。


2:什么是内核模块?


内核模块是具有独立功能的程序。它可以被单独编译,但是不能单独运行,它的运行必须被链接到内核,并作为内核的一部分在内核空间中运行。


模块编程和内核版本密切相连,因为不同的内核版本中某些函数的函数名会发生变化,因此模块编程也可以说是内核编程


3:内核模块的特点


模块本身并不被编译进内核文件,可以根据需要,在内核运行期间动态的安装或卸载

 

分析一段内核模块程序:



就上面简单的内核模块程序中出现了与我们传统所见的C不同的代码,这地方非常有必要的了解一下内核开发的特点


相对于用户空间应用程序的开发,内核开发有一些其独特之处。最主要的差异有如下几种:

1)内核编程时候既不能访问C库也不能访问标准的C头文件

2)内核编程必须使用CUN C。

3)内核编程缺乏像用户空间那样的内存保护机制

4)内核给每一个进程只有一个很小的定长栈

5)由于内核支持异步中断、抢占和SMP。因此必须时刻注意同步和并发。


继续上面的几点,我们首先有疑问,既然内核编程不能访问C库也不能访问标准的C头文件,且编程必须使用GNU C。那么GNU C到底是什么,和标准C有什么区别?


△ 首选回答第一个问题:为什么不能访问C库和访问标准C头文件?


这个问题其实就是涉及到了先有蛋还是先有鸡的问题,但是最主要的还是对内核而言,完整的C库,哪怕是一个子集,都太大且效率太低。


既然不能够使用,那么C库函数带来的方便就不能够被我们所用,其实大部分C库函数都已经在内核中实现了。比如操作字符串的函数就位于lib/string.c文件中,只要包含<linux/string.h>头文件就可以了。


△ 上面还提到了一个关于GNU C的问题,那什么是GNU C呢?


在说GNU C之前,先了解下gcc,gcc其实就是多种GNU编译器的集合,它包含的C编译器既可以编译内核,也可以编译Linux系统上用C语言写的其他代码。而GCC之前就叫做GNU C


△ 内核开发中无libc库或无标准头文件


所以在内核开发中所提到的头文件,都指的是组成内核代码树的内核头文件(之前提到的lib目录)。


内核源代码不能包括外部头文件,就像它们不能用外部库一样

基本的头文件集位于内核源代码树顶级目录下的include目录中。


例如头文件<linux/inotify.h>位于include/linux/inotify.h 

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