1. 知记首页
  2. 编程

Linux内核模块开发实战：从Hello World到可传参的模块编写

• 编程 • 阅读 12

先搞懂：内核模块到底是什么？

Linux内核模块开发实战：从Hello World到可传参的模块编写

你可能听过“内核模块”，但它和普通程序的区别得先理清楚——内核模块是能动态加载到Linux内核的代码片段，不用重新编译整个内核，也不用重启系统，就能给内核加新功能（比如驱动硬件、扩展文件系统）。

和静态编译到内核的代码比，它有三个“香”的地方：
– 省内存：不用的时候卸载，释放内存；
– 开发快：改模块后不用重新编译整个内核（内核源码动辄几GB，编译一次要半小时）；
– 安全：模块崩了顶多卸载，不会让整个系统重启（除非你写了个能搞崩内核的bug）。

举个例子：你买了个新USB摄像头，内核没自带驱动——写个模块加载进去，摄像头就能用了，这不比重装系统香？

第一步：搭好开发环境，别上来就写代码

内核模块开发需要三个工具，少一个都不行：
1. gcc：编译内核代码（内核用C写，且依赖GCC的扩展语法）；
2. make：自动化编译（内核模块的编译规则很复杂，得用内核自己的Makefile）；
3. 内核开发包（kernel-devel）：必须和当前内核版本一致，否则编译出来的模块装不上。

不同发行版的安装命令：
– CentOS/RHEL：sudo yum install kernel-devel gcc make
– Ubuntu/Debian：sudo apt install linux-headers-$(uname -r) gcc make
– Fedora：sudo dnf install kernel-devel gcc make

装完验证一下：
– 用uname -r看内核版本（比如输出5.15.0-76-generic）；
– 再输ls /lib/modules/$(uname -r)/build——如果能看到这个目录，说明环境ok（这个目录是内核源码的符号链接）。

如果提示“没有这个文件或目录”，说明你装的kernel-devel版本和当前内核不一致——比如内核是5.15.0-76，devel包是5.15.0-77，这时候得装对应版本：sudo yum install kernel-devel-$(uname -r)（CentOS）或者sudo apt install linux-headers-$(uname -r)（Ubuntu）。

动手写第一个模块：Hello Kernel！

内核模块的代码结构很固定，就三部分：初始化函数、退出函数、模块信息。直接上代码（保存为hello.c）：

#include <linux/module.h>  // 模块基础头文件
#include <linux/kernel.h>  // 内核函数（比如printk）
#include <linux/init.h>    // 初始化/退出函数宏

// 初始化函数：加载模块时触发
static int __init hello_init(void) {
    printk(KERN_INFO "Hi! I'm your first kernel module.
");
    return 0;  // 返回0=成功，非0=失败
}

// 退出函数：卸载模块时触发
static void __exit hello_exit(void) {
    printk(KERN_INFO "Bye! See you next time.
");
}

// 注册初始化和退出函数（内核要知道这两个函数是干啥的）
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

// 模块信息：内核要求必须写，否则会警告
MODULE_LICENSE("GPL");          // 许可证（GPL是内核模块的“通行证”）
MODULE_AUTHOR("Your Name");     // 作者（随便写）
MODULE_DESCRIPTION("My first kernel module"); // 描述
MODULE_VERSION("0.1");          // 版本号

几个关键知识点：
– __init/__exit：告诉内核这两个函数是初始化/退出用的，内核会在加载后释放__init函数的内存（省空间）；
– printk：内核态的“printf”，不能用printf（printf是用户态的）；
– KERN_INFO：日志级别（4级），内核默认会输出≤4级的日志（可以改，后面说）；
– MODULE_LICENSE("GPL")：必须写！否则内核会报“污染内核”的警告——Linux内核是GPL许可证，模块得兼容才能加载。

写Makefile：让模块能编译

内核模块的Makefile不能自己瞎写，得“借”内核的编译系统。保存为Makefile（首字母大写，别写错）：

# 目标：把hello.c编译成可加载模块（obj-m=模块，obj-y=静态编译）
obj-m += hello.o

# 编译规则：调用内核的Makefile
all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

# 清理规则：删除编译生成的文件
clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

解释一下：
– obj-m += hello.o：告诉内核要编译hello.c生成hello.ko（模块文件）；
– make -C /lib/.../build：-C表示进入内核源码目录，执行内核的Makefile；
– M=$(PWD)：告诉内核模块源码在当前目录；
– modules：内核Makefile的目标，编译可加载模块；
– clean：清理编译生成的.ko、.o等文件。

注意：Makefile里的命令行必须用Tab键缩进，用空格会报错！

编译+加载：看你的代码跑起来

现在编译模块：
打开终端，进入hello.c和Makefile所在目录，输make——如果没报错，会生成hello.ko文件（这就是模块的二进制文件）。

加载模块：
用sudo insmod hello.ko（必须用root权限，否则装不上），然后输dmesg | tail看输出：

$ dmesg | tail
[12345.678901] Hi! I'm your first kernel module.

卸载模块：
用sudo rmmod hello（不用写.ko后缀），再看dmesg：

$ dmesg | tail
[12345.678901] Hi! I'm your first kernel module.
[12346.123456] Bye! See you next time.

如果没看到输出，别急：
– 先确认printk的日志级别——输echo 4 > /proc/sys/kernel/printk（把日志级别调到4，允许KERN_INFO输出）；
– 或者用dmesg -w实时看日志（-w是“跟随”模式，类似tail -f）。

踩坑指南：我踩过的坑，你别踩

  1. 模块装不上，提示“Invalid module format”：
  2. 原因：编译用的内核版本和当前运行的内核版本不一致（比如编译用5.15.0-77，运行用5.15.0-76）；

  3. 解决：装和当前内核版本一致的kernel-devel包，或者升级内核到kernel-devel的版本（sudo yum update kernel）。

  4. printk没输出：

  5. 原因：内核默认只输出KERN_WARNING（3级）及以上的日志，KERN_INFO（4级）没被输出；

  6. 解决：用dmesg看（printk的输出在内核日志里，不是终端），或者改日志级别：sudo echo 4 > /proc/sys/kernel/printk。

  7. 权限不够，提示“Operation not permitted”：

  8. 原因：加载/卸载模块需要root权限；

  9. 解决：加sudo，或者切换到root用户（su -）。

  10. Makefile报错“No rule to make target ‘all’”：

  11. 原因：Makefile的缩进用了空格，不是Tab；
  12. 解决：把空格换成Tab（用vim的话，输:set ts=4 sw=4 sts=4 et，然后按Tab键）。

进阶：给模块加参数，让它更灵活

Hello World太简单？给模块加个参数，加载时能传值！

修改hello.c：

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

// 定义模块参数：name（字符指针），默认值是“Kernel”
static char *name = "Kernel";
// 注册参数：参数名、类型、权限（S_IRUGO=所有用户可读）
module_param(name, charp, S_IRUGO);
// 参数描述：用modinfo能看到
MODULE_PARM_DESC(name, "The name to greet (default: Kernel)");

static int __init hello_init(void) {
    printk(KERN_INFO "Hi! %s, this is my first kernel module.
", name);
    return 0;
}

static void __exit hello_exit(void) {
    printk(KERN_INFO "Bye! %s, see you next time.
", name);
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A kernel module with parameters");
MODULE_VERSION("0.2");

编译后，加载时传参数：
sudo insmod hello.ko name=Linux

然后看dmesg：

$ dmesg | tail
[12347.789012] Hi! Linux, this is my first kernel module.

卸载时：

$ sudo rmmod hello
$ dmesg | tail
[12347.789012] Hi! Linux, this is my first kernel module.
[12348.345678] Bye! Linux, see you next time.

用modinfo hello.ko能看到参数描述：

$ modinfo hello.ko
filename:       /path/to/hello.ko
version:        0.2
description:    A kernel module with parameters
author:         Your Name
license:        GPL
parm:           name:The name to greet (default: Kernel) (charp)

调试技巧：模块出问题了怎么查？

内核模块的调试比用户态麻烦，但有几个“土办法”很好用：
1. 看内核日志：dmesg或journalctl -k（systemd的日志），这是最常用的；
2. 查模块信息：modinfo hello.ko看版本、依赖、参数；
3. 看加载的模块：lsmod | grep hello过滤出你的模块；
4. 加printk日志：在关键位置加printk输出变量值，比如printk(KERN_INFO "name=%s
", name);——虽然土，但管用。

下一步：该学啥？

学会Hello World模块后，可以进阶学这些：
– 字符设备驱动：写一个虚拟的字符设备（比如模拟一个串口，支持read/write）；
– 中断处理：模块怎么处理硬件中断（比如按键按下时触发中断）；
– 内存管理：内核态的内存分配（kmalloc、vmalloc的区别）；
– 进程管理：模块怎么创建内核线程（kthread_run）。

推荐几本书：
– 《Linux内核设计与实现》（Robert Love）：讲内核基础，适合入门；
– 《Linux设备驱动程序》（Jonathan Corbet）：驱动开发的“圣经”；
– 《深入理解Linux内核》（Daniel P. Bovet）：深入内核内部，适合进阶。

最后说一句：内核模块开发的核心是“理解内核的规则”——内核是个很严谨的系统，你得按它的规则来，比如内存不能随便用，函数不能随便调用，参数要检查……但只要你慢慢来，多写多试，肯定能学会！

原创文章，作者：，如若转载，请注明出处：https://zube.cn/archives/413

赞 (0)
0