写在前面

这篇文章旨在介绍Linux内核动态模块开发时的基本结构，以及如何编译开发的模块。

Linux内核模块开发

我们知道Linux的内核是可以定制的，在编译之前我们可以通过make menuconfig对我们的内核进行配置。其中，在配置的过程中，有些模块我们可以选择直接编入内核，或者编成模块动态使用，或者不编译。

menuconfig.png

如上图所示，当我们选择编译成模块的话，在menuconfig中的配置就可以选择为M，直接编入内核的话就可以选择*，不编译就选空。
所以，当我们开发的内容的内容相对于原本的内核比较独立的时候，我们就可以使用模块开发，并且可以选择性的配置。

模块开发的结构

从结构上来说，Linux内核一个模块的规范还是比较简单的：初始化处理和结束处理。我们可以看一段最为简单的模块代码。

/*===========================================================================
FILE:
   printk_test.c

DESCRIPTION:
   moddule printk test
==========================================================================*/

//---------------------------------------------------------------------------
// Include Files
//---------------------------------------------------------------------------

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

static void __init TestInit( void )
{
    printk(KERN_INFO "This is test start.\n" );
}

static void __exit TestExit( void )
{
    printk(KERN_INFO "Test over.\n" );
}


module_init( TestInit );
module_exit( TestExit );

在上面的一段代码中，只要掌握里面四个地方，就能做简单的内核模块的开发了。

__init和module_init(...)
当一个模块加载的时候（insmod），最先执行的就是使用__init声明的这个函数。当然我在上面作为示例，只做了一些打印信息的操作。在实际开发中，通常在这个函数里面，我们可以做一些初始化的操作，比如参数检查、线程创建等等。初始化完成后，就可以执行我们所需要的具体操作了（执行线程主任务等）。
另外，我们还需要告诉内核，加载这个模块的时候从这个__init函数里面开始执行。告诉内核的方法就是module_init(...)这个函数，使用方法很简单，仿照上面的那段代码就可以。

__exit和module_exit(...)
相对应的，我们在卸载一个模块的时候（rmmod），启动的就是用__exit声明的函数。同样的，在这个函数里面我们就可以做一些结束处理，比如内存释放，文件关闭，线程关闭等等。
当然，我们还是需要告诉内核，在卸载模块的时候调用这个结束函数——module_exit(...)。

内核模块编译

准备工作

Linux的内核是开源的，所以我们可以从官网上下载它的源码包。当然，从它的官网下载可能会比较慢，这里推荐一个下载较快的上海交通大学的ftp服务器，根据需要选择内核的版本进行下载。
内核下载地址
我们把内核源码包拷贝到虚拟机，解压。（我在这里下载了一个3.10版本的内核）
$ tar -zxvf linux-3.10.tar.gz &emsp;&emsp;
解压完成后，我们就要把我们的这个测试模块加进内核的工程编译了。
Linux内核的工程结构是比较复杂的，我们如果加一个对原本没什么影响的模块，那么就不需要修改原本的内核代码，只需要在工程中加入我们的模块就可以，在这里需要修改两个内容：Kconfig和Makefile。

Kconfig
这个文件的功能就是我们在最开始提到的配置文件了，我们通过修改和添加Kconfig文件，来使得我们能在make menuconfig时，对我们新加的文件进行配置。
以这次的示例，我们加一个打印模块的测试。
首先，在源码工程中的/linux-3.10/driver/ 下面建立一个我们的文件夹目录printktest，把我们的代码printk_test.c拷贝到这个路径下。
然后，我们在这个路径下面添加Kconfig文件：
config PRINTK_TEST
tristate "PRINT INFOMATION"
---help---
JUST TEST
在这个Kconfig文件中，第一行是对我们这个模块的命名，编译的时候，它会告诉编译器是否要编译这个模块，所以它同样会在之后的Makefile中体现。第二行有一个关键字tristate，这个单词是告诉make menuconfig它可以选择静态编译到内核里，或者动态编译为ko文件，再或者选择不编译。help后的文件就是对模块的解释说明了。

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写好了这个Kconfig文件，我们需要告诉原本的工程，把这个新加的模块包含进去。这个时候需要修改原本的Kconfig文件，把我们自己写的Kconfig文件包含进工程。是哪个文件呢，通常就是上级目录的Kconfig文件。在本例中，我们的模块路径在/driver/printktest里面，所以打开/driver/路径下面的Kconfig文件，添加一行。
source "drivers/printktest/Kconfig"
现在，我们可以再源码的根目录执行make menuconfig，看看它能否找到我们所添加的这一模块。

module_select.png

我们可以很容易在Device Drivers下面找到我们添加的PRINT INFORMATION TEST，按下M将其配置成动态模块编译，保存退出。这个时候在内核源码的根目录下面会生成一个隐藏文件.config，我们在终端下使用vim编辑器可以看到，这个隐藏文件里面，可以找到我们刚刚所作的操作——有一个变量CONFIG_PRINTK_TEST，这个变量被设置成了M。这个变量就是我们Kconfig文件中声明的模块名，Linux对配置文件的命名规则就是再加一个CONFIG。而这个变量就会在接下来写Makefile中用到。

Makefile
Makefile这个东西，想必大家都很熟悉它的作用了。上面是让我们的模块在make menuconfig的时候可配置，但到了真正的编译还是靠Makefile起的作用，所以我们也需要添加和修改Makefile。
与Kconfig文件类似，首先还是要在我们模块的路径下加一个Makefile文件，因为本例比较简单就一个c文件，所以Makefile也比较简单，就一行：
obj-$(CONFIG_PRINTK_TEST) += printk_test.o
这个时候我们可以看到，在Makefile里面有一个很眼熟的东西，就是CONFIG_PRINTK_TEST。这个就是我们通过make menuconfig后生成.config文件里面的那个变量，我们选择静态编译、动态编译或者不编译，就是通过这个变量来实现的。

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同样的，我们还需要在上一级目录/driver的Makefile里面加一句话，把包含我们新加的路径：
obj-$(CONFIG_PRINTK_TEST) += /printktest

编译

当我们开发给不同的平台时，会用到交叉编译工具。对于交叉编译的情况，首先要安装配置交叉工具链，然后再对内核进行make menuconfig配置，配置结束后，再编译。对于交叉编译工具的配置这里暂时不做详解了。编译方法同我们编译其他工程一样，make或者make后跟你所需要的参数。

使用

编译完成后，我们可以在我们新建的路径下找到后缀名为ko的驱动文件，当然这个驱动文件在交叉编译的build机上是无法运行的，需要在host上，也就是开发板上挂载。
挂载时，到ko文件所在的路径运行：
$ insmod printk_test.ko
我们也可以查看当前已经挂载的驱动：
$ lsmod
卸载驱动时，不管在什么路径下，运行：
$ rmmod printk_test.ko

Linux内核动态模块开发入门