第2章内核模块基础

第2章内核模块基础：模块概念、模块加载与卸载、模块参数传递、模块依赖关系、模块许可证

好，咱们今天聊聊内核模块。这东西说白了，就是Linux内核的「乐高积木」。你想想看，内核本身是个大块头，要是把所有功能都编译进去，那得多臃肿？而且每次加个新硬件还得重新编译内核，这谁受得了。

所以就有了模块机制。模块可以动态加载、卸载，不用重启系统。我个人觉得，这是Linux内核设计里最巧妙的地方之一。

2.1 模块到底是什么？

模块，本质上就是一段内核代码。但它不是直接编译进内核的，而是编译成一个独立的 .ko 文件（Kernel Object）。

我刚开始学的时候，总把模块和普通应用程序搞混。其实区别大了去了：

模块运行在内核空间，应用程序跑在用户空间
模块没有 main 函数，只有入口和出口函数
模块崩溃了，整个系统可能跟着挂掉

核心要点：模块是内核的一部分，不是独立进程。它拥有最高权限，也能搞出最大的破坏。

2.2 模块的加载与卸载

写一个最简单的模块，其实就两个函数：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

static int __init my_module_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Hello, module loaded!\n");
    return 0;
}

static void __exit my_module_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Goodbye, module unloaded!\n");
}

module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example module");

嗯，这里要注意几个点：

__init 和 __exit 是宏，告诉内核这些函数只在初始化/退出时用，用完后可以释放内存
module_init 和 module_exit 是必须的，否则内核不知道从哪里开始执行
printk 是内核版的 printf，输出到内核日志

加载卸载的命令也很简单：

# 加载模块
insmod my_module.ko

# 查看已加载的模块
lsmod

# 卸载模块
rmmod my_module

小技巧：我习惯用 modprobe 代替 insmod，因为 modprobe 会自动处理依赖关系。比如模块 A 依赖模块 B，你用 insmod 得先手动加载 B，但 modprobe 会帮你搞定。

2.3 模块参数传递

有时候，你希望模块加载时能传一些参数进去。比如指定缓冲区大小、调试级别什么的。这就要用到 module_param 宏了。

#include <linux/moduleparam.h>

static int debug_level = 0;
static char *device_name = "default";

module_param(debug_level, int, 0644);
module_param(device_name, charp, 0644);

MODULE_PARM_DESC(debug_level, "Debug level (0-3)");
MODULE_PARM_DESC(device_name, "Device name string");

加载时传参：

insmod my_module.ko debug_level=2 device_name="mydev"

这里有个坑，我曾经踩过：参数类型一定要匹配。比如你声明了 int，传了个字符串进去，内核不会给你报错，但行为就不可预测了。嗯，调试起来特别痛苦。

另外，0644 是文件权限，表示这个参数在 /sys/module/ 下可见，运行时也能修改。如果你不想让别人改，设成 0 就行。

2.4 模块依赖关系

模块之间可以互相依赖。比如你写了个 USB 驱动，它肯定依赖 USB 核心模块。这种依赖关系是怎么来的？

说白了，就是符号导出。一个模块可以导出函数或变量给其他模块用：

// 在模块 A 中
EXPORT_SYMBOL(my_function);
EXPORT_SYMBOL_GPL(my_variable);  // 只允许 GPL 模块使用

然后模块 B 就可以直接调用 my_function 了。加载时，系统会自动检查依赖，如果模块 B 依赖的模块 A 没加载，就会报错。

警告：循环依赖是噩梦。模块 A 依赖 B，B 又依赖 A，加载时就会死锁。我见过有人这么干，结果系统直接 hang 住。设计模块时一定要避免循环依赖。

查看依赖关系可以用 modinfo：

modinfo my_module.ko
# 输出中会显示 depends: 字段

2.5 模块许可证

最后聊聊许可证。你可能觉得这玩意儿就是个形式，其实不是。内核社区对许可证很敏感。

常用的宏有：

宏	含义
`MODULE_LICENSE("GPL")`	GNU General Public License
`MODULE_LICENSE("GPL v2")`	GPL 第二版
`MODULE_LICENSE("BSD")`	BSD 许可证
`MODULE_LICENSE("Proprietary")`	专有许可证

为什么重要？因为内核里有些符号是用 EXPORT_SYMBOL_GPL 导出的。如果你的模块不是 GPL 许可证，就调用不了这些符号。说白了，这是内核社区保护开源生态的一种手段。

我记得有一次，一个客户非要我们写个闭源驱动，结果发现调不了几个关键的内核 API。最后没办法，要么开源，要么重写整个逻辑。嗯，这就是现实。

我的建议：除非你有特殊原因，否则一律用 GPL。省心，也符合内核社区的规矩。

小结

这一章我们聊了模块的五个核心概念：

模块是什么——内核的乐高积木
怎么加载卸载——insmod/rmmod 走起
怎么传参数——module_param 搞定
依赖关系怎么处理——EXPORT_SYMBOL 和 modprobe
许可证为什么重要——GPL 是王道

下一章，我们会深入模块的编译过程，聊聊 Makefile 怎么写，以及怎么调试模块。到时候见。

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