第2章：内核模块编程入门

大家好，我是你们的Linux内核驱动讲师。今天我们来聊聊内核模块编程的入门知识。说实话，我刚开始学内核模块时，也觉得这东西挺神秘的——一个能在系统运行时动态加载的代码片段，想想就觉得很酷。

2.1 模块的加载与卸载

内核模块，说白了就是一段可以在系统运行时插入内核的代码。你不需要重新编译整个内核，也不需要重启系统。我个人觉得，这是Linux内核设计中最优雅的特性之一。

加载和卸载模块的命令很简单：

# 加载模块
insmod hello.ko

# 卸载模块
rmmod hello

# 查看已加载的模块
lsmod

嗯，这里要注意一点：insmod后面跟的是文件名（带.ko后缀），而rmmod后面跟的是模块名（不带后缀）。我在项目中遇到过好几次，同事把rmmod hello.ko写上去，结果报错说找不到模块。

2.2 module_init / module_exit 宏

每个内核模块都必须有两个基本函数：初始化和退出函数。这两个函数通过module_init和module_exit宏来注册。

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

static int __init hello_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Hello, Kernel!\n");
    return 0;
}

static void __exit hello_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Goodbye, Kernel!\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

你想想看，为什么用__init和__exit标记？其实这两个宏告诉内核：初始化函数在运行完后可以释放掉，退出函数在模块卸载时才会用到。这是内核的一种优化手段。

2.3 LICENSE与作者信息

内核模块必须声明许可证，否则内核会认为你使用了非GPL兼容的许可证，从而限制你使用某些内核符号。

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name <your@email.com>");
MODULE_DESCRIPTION("A simple hello world module");
MODULE_VERSION("1.0");

为什么非要声明GPL？说白了，内核核心代码都是GPL协议的，如果你的模块不声明GPL兼容许可证，内核就不让你调用那些标记为EXPORT_SYMBOL_GPL的函数。我在项目中遇到过，有个第三方驱动没加GPL声明，结果编译通过但加载时一堆警告，功能也不正常。

宏	作用
MODULE_LICENSE	声明许可证类型，推荐使用"GPL"
MODULE_AUTHOR	作者信息，方便维护
MODULE_DESCRIPTION	模块功能描述
MODULE_VERSION	版本号，方便追踪

2.4 printk调试技巧

printk是内核版的printf，但它比printf复杂得多。为什么？因为printk的输出可以有不同的日志级别。

printk(KERN_EMERG   "系统崩溃级别\n");
printk(KERN_ALERT   "需要立即处理\n");
printk(KERN_CRIT    "严重情况\n");
printk(KERN_ERR     "错误情况\n");
printk(KERN_WARNING "警告\n");
printk(KERN_NOTICE  "正常但重要\n");
printk(KERN_INFO    "信息性消息\n");
printk(KERN_DEBUG   "调试消息\n");

我个人最常用的就是KERN_INFO和KERN_ERR。调试时用KERN_DEBUG，但要注意：默认情况下，KERN_DEBUG级别的消息不会显示在控制台上。

为什么会这样？因为printk的输出是写到内核环形缓冲区，而不是直接写到终端。所以你需要用dmesg来查看。嗯，这里有个坑：环形缓冲区大小有限，如果打印太多消息，旧消息会被覆盖。

2.5 模块参数传递

有时候你希望模块加载时能传递一些参数，比如设备数量、调试级别等。内核模块支持通过module_param宏来声明参数。

#include <linux/moduleparam.h>

static int count = 1;
static char *name = "default";

module_param(count, int, 0644);
module_param(name, charp, 0644);

MODULE_PARM_DESC(count, "设备数量");
MODULE_PARM_DESC(name, "设备名称");

加载时传递参数：

insmod hello.ko count=5 name="mydevice"

你想想看，为什么要有0644这个权限值？它表示这个参数在/sys/module/hello/parameters/目录下对应的文件权限。0644表示所有者可读写，其他人只读。这样你可以在运行时通过读写这些文件来修改参数值。

2.6 完整示例：一个带参数的可加载模块

好了，我们把今天学到的知识整合起来，写一个完整的模块：

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

static int count = 1;
static char *name = "hello_device";

module_param(count, int, 0644);
module_param(name, charp, 0644);

MODULE_PARM_DESC(count, "设备实例数量");
MODULE_PARM_DESC(name, "设备名称前缀");

static int __init mymodule_init(void)
{
    int i;
    
    printk(KERN_INFO "模块加载开始\n");
    printk(KERN_INFO "设备名称: %s, 数量: %d\n", name, count);
    
    for (i = 0; i < count; i++) {
        printk(KERN_DEBUG "创建设备实例 %d\n", i);
    }
    
    return 0;
}

static void __exit mymodule_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "模块卸载，再见!\n");
}

module_init(mymodule_init);
module_exit(mymodule_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("一个带参数的内核模块示例");
MODULE_VERSION("1.0");

编译这个模块，然后试试：

insmod mymodule.ko count=3 name="sensor"
dmesg | tail -10

你应该能看到模块打印的信息。然后卸载：

rmmod mymodule
dmesg | tail -5

嗯，到这里，你已经掌握了内核模块编程的基本功。说实话，这些内容虽然基础，但我在实际项目中每天都在用。下一章我们会深入探讨字符设备驱动的实现，到时候这些知识都会派上用场。

记住：写内核模块不像写用户态程序，一个空指针就可能让整个系统崩溃。所以，小心谨慎，多打印调试信息，慢慢来。