logo

TechCodeview

Linux kernel modul programozás: Hello World Program

A kernelmodulok olyan kóddarabok, amelyek igény szerint betölthetők és kirakhatók a kernelbe. Kibővítik a kernel funkcionalitását a rendszer újraindítása nélkül. Egyéni kódok kétféle módon adhatók hozzá a Linux kernelekhez.
  • Az alapvető módszer az, hogy hozzáadjuk a kódot a kernel forrásfához, és újrafordítjuk a kernelt.
  • Ennek hatékonyabb módja, ha kódot adunk a kernelhez, miközben az fut. Ezt a folyamatot a modul betöltésének nevezzük, ahol a modul arra a kódra utal, amelyet hozzá szeretnénk adni a kernelhez.
Mivel ezeket a kódokat futás közben töltjük be, és nem részei a hivatalos Linux kernelnek, ezeket betölthető kernelmodulnak (LKM) nevezzük, ami különbözik az alap kerneltől. Az alap kernel a /boot könyvtárban található, és mindig betöltődik, amikor elindítjuk a gépünket, míg az LKM-ek azután töltődnek be, hogy az alap kernel már betöltődött. Mindazonáltal ezek az LKM-ek a kernelünk nagy részét képezik, és kommunikálnak az alap kernellel, hogy teljesítsék funkcióikat. Az LKM-ek sokféle feladatot képesek ellátni, de alapvetően három fő kategóriába sorolhatók
  • eszközillesztő
  • fájlrendszer illesztőprogram és
  • Rendszerhívások.
Tehát milyen előnyt kínálnak az LKM-ek? Az egyik fő előnyük, hogy nem kell folyamatosan újraépíteni a kernelt minden alkalommal, amikor új eszközt adunk hozzá, vagy ha egy régi eszközt frissítünk. Ez időt takarít meg, és segít megőrizni az alap kernel hibamentességét. Hasznos ökölszabály, hogy ne változtassuk meg az alap kernelt, ha már működő alapkernellel rendelkezünk. Ezenkívül segít a rendszerproblémák diagnosztizálásában. Tegyük fel például, hogy hozzáadtunk egy modult az alap kernelhez (azaz módosítottuk az alap kernelünket az újrafordítással), és a modulban hiba van. Ez hibát okoz a rendszerindítás során, és soha nem tudjuk meg, hogy a kernel melyik része okoz problémát. Míg ha futás közben töltjük be a modult, és az problémákat okoz, akkor azonnal tudni fogjuk a problémát, és ki tudjuk tölteni a modult, amíg meg nem javítjuk. Az LKM-ek nagyon rugalmasak abban az értelemben, hogy egyetlen parancssorral be- és kirakhatók. Ez segít a memória megtakarításában, mivel csak akkor töltjük be az LKM-et, amikor szükségünk van rá. Ráadásul nem lassabbak, mint az alap kernel, mert bármelyikük meghívása egyszerűen kódot tölt be a memória egy másik részéből. **Figyelem: Az LKM-ek nem felhasználói tárprogramok. A kernel részei. Szabadon fut a rendszer, és könnyen összeomolhatják. So now that we have established the use loadable kernel modules we are going to write a hello world kernel module. That will print a message when we load the module and an exit message when we unload the module. Code: CPP 
/**  * @file hello.c  * @author Akshat Sinha  * @date 10 Sept 2016  * @version 0.1  * @brief An introductory 'Hello World!' loadable kernel  * module (LKM) that can display a message in the /var/log/kern.log  * file when the module is loaded and removed. The module can accept  * an argument when it is loaded -- the name which appears in the  * kernel log files. */ #include  /* Needed by all modules */ #include  /* Needed for KERN_INFO */ #include  /* Needed for the macros */ ///< The license type -- this affects runtime behavior MODULE_LICENSE('GPL'); ///< The author -- visible when you use modinfo MODULE_AUTHOR('Akshat Sinha'); ///< The description -- see modinfo MODULE_DESCRIPTION('A simple Hello world LKM!'); ///< The version of the module MODULE_VERSION('0.1'); static int __init hello_start(void) {  printk(KERN_INFO 'Loading hello module...n');  printk(KERN_INFO 'Hello worldn');  return 0; } static void __exit hello_end(void) {  printk(KERN_INFO 'Goodbye Mr.n'); } module_init(hello_start); module_exit(hello_end);
Magyarázat a fenti kódhoz: A kernelmoduloknak legalább két funkcióval kell rendelkezniük: az init_module() nevű 'start' (inicializálási) függvénynek, amely akkor hívódik meg, amikor a modult beépítik a kernelbe, és egy cleanup_module() nevű 'end' (cleanup) függvényt, amely közvetlenül az rmmoded előtt kerül meghívásra. Valójában a dolgok megváltoztak a 2.3.13-as kerneltől kezdve. Mostantól tetszőleges nevet használhat egy modul kezdő és záró funkciójához. Valójában az új módszer a preferált módszer. Sokan azonban még mindig az init_module() és cleanup_module() függvényeket használják kezdő és záró függvényeikhez. Ebben a kódban a hello_start()-ot használtuk init függvényként és a hello_end()-et tisztítási függvényként. Egy másik dolog, amit észrevehetett, hogy a printf() függvény helyett printk()-et használtunk. Ennek az az oka, hogy a modul nem nyomtat semmit a konzolra, de naplózza az üzenetet a /var/log/kern.log fájlba. Ezért a kernelmodulok hibakeresésére használják. Ezenkívül a fejlécben nyolc lehetséges naplószintű karakterlánc van megadva, amelyek szükségesek a printk() használatakor. Felsoroltuk őket a súlyosság csökkenésének sorrendjében:
  • KERN_EMERG: Általában az összeomlást megelőző vészüzenetekhez használják.
  • KERN_ALERT: Azonnali cselekvést igénylő helyzet.
  • KERN_CRIT: Kritikus állapotok, amelyek gyakran súlyos hardver- vagy szoftverhibákhoz kapcsolódnak.
  • KERN_ERR: Hibaállapotok jelentésére szolgál; az eszközillesztők gyakran a KERN_ERR-t használják a hardverproblémák jelentésére.
  • KERN_WARNING: Figyelmeztetések olyan problémás helyzetekre, amelyek önmagukban nem okoznak komoly problémákat a rendszerben.
  • KERN_NOTICE: Normális, de még mindig figyelmet érdemlő helyzetek. Ezen a szinten számos biztonsági vonatkozású körülmény jelent meg.
  • KERN_INFO: Tájékoztató üzenetek. Sok illesztőprogram ezen a szinten nyomtat információkat az indításkor talált hardverről.
  • KERN_DEBUG: Az üzenetek hibakeresésére szolgál.
    • A KERN_INFO segítségével nyomtattuk ki az üzenetet. A rendszer felkészítése a kód futtatására: The system must be prepared to build kernel code and to do this you must have the Linux headers installed on your device. On a typical Linux desktop machine you can use your package manager to locate the correct package to install. For example under 64-bit Debian you can use: 
    akshat@gfg:~$ sudo apt-get install build-essential linux-headers-$(uname -r)
    Makefile a forráskód összeállításához: 
    obj-m = hello.o all: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build/ M=$(PWD) modules clean: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
    **Megjegyzés: Ne felejtse el a tabulátorközöket a Makefile-ban A modul összeállítása és betöltése: Run the make command to compile the source code. Then use insmod to load the module. 
    akshat@gfg:~$ make make -C /lib/modules/4.2.0-42-generic/build/ M=/home/akshat/Documents/hello-module modules make[1]: Entering directory `/usr/src/linux-headers-4.2.0-42-generic' CC [M] /home/akshat/Documents/hello-module/hello.o Building modules stage 2. MODPOST 1 modules CC /home/akshat/Documents/hello-module/hello.mod.o LD [M] /home/akshat/Documents/hello-module/hello.ko make[1]: Leaving directory `/usr/src/linux-headers-4.2.0-42-generic'
    Now we will use insmod to load the hello.ko object. 
    akshat@gfg:~$ sudo insmod hello.ko
    A modul tesztelése: You can get information about the module using the modinfo command which will identify the description author and any module parameters that are defined: 
    akshat@gfg:~$ modinfo hello.ko filename: /home/akshat/Documents/hello-module/hello.ko version: 0.1 description: A simple Hello world LKM author: Akshat Sinha license: GPL srcversion: 2F2B1B95DA1F08AC18B09BC depends: vermagic: 4.2.0-42-generic SMP mod_unload modversions
    To see the message we need to read the kern.log in /var/log directory. 
    akshat@gfg:~$ tail /var/log/kern.log ... ... Sep 10 17:43:39 akshat-gfg kernel: [26380.327886] Hello world To unload the module we run rmmod: akshat@gfg:~$ sudo rmmod hello Now run the tail command to get the exit message. akshat@gfg:~$ tail /var/log/kern.log ... Sep 10 17:43:39 akshat-gfg kernel: [26380.327886] Hello world Sep 10 17:45:42 akshat-gfg kernel: [26503.773982] Goodbye Mr.