Linux 内核模块加载知多少?

文摘   2024-06-21 22:40   广东  

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作者:HywelStar

工作还在继续,学习还在继续,学习还要记录。做过Linux 驱动一定多少了解到一些内核模块加载相关知识,这也是一个必备,本章节将简单讲讲关于内核模块加载相关基础知识:

本文你将可以解决以下问题:

  • 什么是内核模块?

  • Linux 内核模块是如何加载的?

  • Linux 内核模块加载的方式有哪些?

  • Linux 下insmodmodprobe有什么不一样,该如何使用?是否还有必要存在insmod

  • Linux 什么情况下需要使用insmod或者modprobe,直接放在内核中加载不行么?

  • Linux  关于内核模块加载,模块加载顺序是否能控制的?

  • 如何查看内核模块符号的依赖?

1. 内核模块

内核模块全称Loadable Kernel Module (LKM), 是一种在内核运行时加载一组目标代码来实现某个特定功能的机制。这样对于可以分离出目标代码提高系统的灵活性,在开发过程中,可以灵活选择添加或者移除,而不需要重新编译内核写内核。
内核模块运行在内核空间,用于应用程序运行在用户空间。

内核模块的作用

  • 设备驱动程序:支持新硬件设备,如网络卡、显卡、USB设备等。
  • 文件系统:支持新的文件系统类型,如 ext4、NFS 等。
  • 网络协议:添加新的网络协议或安全功能。
  • 系统调用:增加新的系统调用或内核功能。

2. 内核模块的加载

2.1 内核模块的加载过程

内核模块的加载过程,包括用户请求加载,加载模块文件,解析依赖,检查符号,初始化模块,添加到内核。有一些还可能存在其他步骤注册驱动,绑定设备之类。

2.2 内核模块加载方式

使用 insmodmodprobe 命令加载编译好的模块。

使用 insmod 加载模块

insmod hello.ko

使用 modprobe 加载模块

modprobe hello
对于insmod 是一个低级命令,直接插入指定的模块而不处理依赖关系;modprobe 是一个高级命令,能够自动处理模块的依赖关系并加载必要的模块。

在使用modprobe智能化加载需要依靠一些文件:

modules.depmodules.aliasmodules.symbolsmodules.builtinmodules.builtin.modinfo

分析依赖文件:

【关键】modules.dep,另外modules.dep.bin是一个二进制文件。

这里举一个例子:

vim  /lib/modules/6.1.1+g29549c7073bf/modules.dep# 省略部分# trusted 前面依赖后面的模块kernel/security/keys/trusted-keys/trusted.ko: kernel/drivers/crypto/caam/caam_jr.ko kernel/drivers/crypto/caam/caamkeyblob_desc.ko kernel/drivers/...# 省略部分

这里采用modprobe 安装trusted

从安装来看,安装一个内核模块,其他依赖的模块都会自动帮你安装完毕。红色为安装,蓝色为依赖安装。

2.3 内核模块加载顺序

内核模块的加载顺序,有的模块是具有依赖关系,假如A模块依赖于B模块,那么必须先加载B模块再加载A模块,对于这种情况,采用modprobe A,它将自动会先加载B模块,再加载A模块。关于依赖关系可以查看文件module.depd,安装顺序可以查看modules.order:模块编译和安装顺序,关于这个顺序一般是通过Linux在编译内核后通过depmod自动实现。
如果采用insmod 手动线加载模块B,再加载A模块。如果在加载的过程中出现错误,可以先查看当前加载的模块需要依赖哪些部分,可以大概知道先加载哪些模块。

3. 常用的相关命令

# 直接加载内核模块 假设内核模块名称:hywelstar.koinsmod hywelstar.ko# 卸载指定内核模块rmmod hywelstar
# 加载模块,并自动处理依赖关系modprobe hywelstar# 卸载modprobe -r module_name
# 列出当前所有加载的内核(内核加载的看不到的)lsmod
# 显示内核模块的详细信息modinfo hywelstar
# 显示相关联的模块依赖关系modprobe --show-depends hywelstar
# 显示当前的模块配置,包括别名、选项和黑名单等。modprobe -c
# 卸载模块sudo modprobe -r hywelstar
# 验证模块已卸载lsmod | grep hywelstar

4. 总结

本章节大概讲述内核加载相关的基础知识,用法以及开头遗留下的问题应该都可以得到答案。对于内部内核加载后续再考虑讲解,一些链表相关内容。对于当前能掌握如何使用,如何去排查问题,在工作有一些帮助。
什么样情景该使用内核加载模块,哪些情景使用modprobeinsmod.一般来说对于紧急要启动的模块,会放在内核加载。大部分模块建议放在文件系统去加载,这样会大大减小内核的大小,对系统升级也有一些帮助。哪些必须使用手动加载,对于在应用中存在不同功能或者角色转换相关时候,都是采用手动或脚本实现。比如,有些OTG的功能,USB角色转换就是典型采用手动加载内核模块切换。


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