Ori Pomerantz Энциклопедия разработчика модулей ядра Linux

Имена всех изделий и программ здесь используются только для целей идентификации. Торговые марки изготовителя и/или зарегистрированные марки изготовителя принадлежат их владельцам. Я не делаю никакого требования монопольного использования или общей ассоциации с изделиями, программами и компаниями, которые обладают ими. 

Введение

Итак, Вы хотите писать модули для ядра. Вы знаете C, вы написали ряд нормальных программ, выполяемых как процессы, и теперь Вы хотите добраться туда, где происходит реальное действие, туда, где один ошибочный указатель может стереть вашу файловую систему или привести к перезагрузке.

Хорошо, добро пожаловать в клуб. Я однажды имел такой указатель, который стер мне важный каталог под DOS, и я не вижу, почему Linux должна быть более безопасной.

Предупреждение: я написал это и проверил программу под версиями 2.0.35 и 2.2.3 ядра, запущенного на Pentium. Главным образом это должно работать на других CPU и на других версиях ядра, по крайней мере версий 2.0.x или 2.2.x, но я не могу обещать что-нибудь. Одна исключительная ситуация: глава 11, которая не должна работать на архитектуре не x86.

Кто должен читать это

Этот документ для тех, кто хочет писать модули ядра. Хотя я буду касаться в нескольких местах того, как многие задачи выполнены в ядре, это не моя цель. Имеется достаточно много хороших источников, авторы которых проделали работу лучшую чем та, которую я мог бы сделать.

Этот документ также для людей, которые знают как писать модули ядра, но еще не адаптировались к версии 2.2. Если Вы такой человек, я предлагаю, Вам прочитать приложение A, чтобы увидеть все различия, с которыми я столкнулся при модифицировании примеров. Список не всесторонний, но я думаю, что он покрывает большинство базисных функциональных возможностей и его будет достаточно для начала.

Ядро имеет большое количество программирования, и я полагаю, что программисты должны читать по крайней мере некоторые его исходные файлы и понимать их. Сказав это, я также верю в значение игры с системой сначала и выяснением вопросов позже. Когда я узнаю новый язык программирования, я не начинаюсь с чтения библиотечного кода, а пишу маленькую программу `hello, world'. Я не вижу, почему начинающий разбираться с ядром должен быть действовать иначе.

Замечания о стиле

Я нахожу приятным поместить так много шуток в мою документацию, насколько возможно. Я пишу это, потому что я наслаждаюсь этим, и я считаю, что Вы читаете это по той же самой причине. Если Вы хотите получить только суть, игнорируйте весь нормальный текст и читайте исходники. Я обещаю помещать все важные детали в замечаниях.

Изменения

Новое в версии 1.0.1

1. Раздел изменений, 0.3.

2. Как найти младший номер устройства, 2.

3. Введено объяснение различия между символом и файлами устройства, 2

4. Makefile'ы для модулей ядра, 1.1.

5. Симметричная многопроцессорность, 12.

6. Глава `Плохие идеи', 13.

Новое в версии 1.1.0

1. Поддержка версии 2.2 ядра во всех главах.

2. Исходный код примеров для разных версий ядра, 2.1.

3. Разница между версиями 2.0 и 2.2, A.

4. Модули ядра в нескольких файлах исходников, 1.2.

5. Предложение, как избежать беспорядка с системными вызовами при выдаче команды rmmod, 7.

Благодарности

Я хотел бы благодарить Weiss за многие полезные идеи и обсуждения, также как и за поиск ошибок внутри этого документа перед публикацией. Конечно, любые оставшиеся ошибки только моя вина.

TEX скелет для этой книги был бесстыдно захвачен из руководства `Linux Installation and Getting Started', где работа в TEX была выполнена Matt Welsh.

Моя благодарность Linus Torvalds, Richard Stallman и всем другим людям, кто сделали возможным для меня выполнить операционную систему высокого качества на моем компьютере и получить ее исходный текст, как нечто само собой разумеющееся (да, право, зачем я говорю это?).

Благодарности к версии 1.0.1

Я не могу внести в список каждого, кто послал по e-mail мне сообщение, и если я не вписал именно Вас, я приношу извинения заранее. Следующие люди были особенно полезны:

• Frodo Looijaard из Нидерландов За сервер с кучей информации и полезных советов по ядрам версий 2.1.x.

• Stephen Judd из Новой Зеландии За правку орфографии.

• Magnus Ahltorp из Швеции За исправления, касательно разницы между символьными и блочными устройствами.

Благодарности к версии 1.1.0

• Emmanuel Papirakis из Квебека, Канада за перенос всех примеров в версию 2.2 ядра.

• Frodo Looijaard из Нидерландов за сообщение как создать многофайловый модуль ядра (1.2).

Конечно, любые оставшиеся ошибки мои собственные, и если Вы думаете, что они делают книгу непригодной, требуйте полного возврата денег, которые Вы заплатили за книгу.

Hello, world

Традиционно все учебники программирования начинаются с программы "Hello, world!". Я не знаю, что случается с людьми, которые порывают с этой традицией, и думаю, что безопаснее не выяснять. 

Модуль ядра (в дальнейшем просто модуль для краткости) должен иметь по крайней мере две функции: init_module, которая вызывается, когда модуль вставляется в ядро и cleanup_module, которая вызывается, когда он удаляется. Обычно init_module регистрирует драйвер для каких-либо действий с ядром или заменяет одну из ядерных функций собственным кодом (обычно код делает что-то и затем вызывает первоначальную функцию). Функция cleanup_module, как предполагается, отменяет все, что сделано init_module, так что модуль может быть выгружен безопасно.

hello.c

/* hello.c

* Copyright (C) 1998 by Ori Pomerantz

*

* "Hello, world" - версия для модуля ядра.

*/

/* The necessary header files */

/* Standard in kernel modules */

#include <linux/kernel.h> /* We're doing kernel work */

#include <linux/module.h> /* Specifically, a module */

/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */

#if CONFIG_MODVERSIONS==1

#define MODVERSIONS

#include <linux/modversions.h>

#endif

/* Initialize the module */

int init_module() {

 printk("Hello, world - this is the kernel speaking\n");

 /* If we return a non zero value, it means that

 * init_module failed and the kernel module

 * can't be loaded */

 return 0;

}

/* Cleanup - undid whatever init_module did */

void cleanup_module() {

 printk("Short is the life of a kernel module\n");

}

Makefile'ы для модулей ядра

Модуль не яявляется независимой программой, а представляет собой объектный файл, который будет прилинкован к ядру во время выполнения. В результате, они должны компилироваться с опцией -c. Все модули должны компилироваться с