linux 驱动学习笔记

May 6 2020 学习笔记 8 minutes read (About 1178 words)

最近有想深入驱动和内核的想法，所以开始学习ldd3，参考着写一篇学习笔记

背景知识

什么是驱动

驱动在Linux内核中担任着特殊的角色，像是一个黑箱，隐藏掉设备工作的具体细节，并且具有模块化的特点，可以和内核的其他部分分开编译，并且可以随时装载卸载。

the role of a device driver is providing mechanism, not policy

mechanism指的是提供什么样的方法，policy指的是这些方法可以怎样使用，将这两个问题分开解决，用程序不同的部分甚至是不同的程序去实现，可以使开发变得更简单。

书中举了一个很简单的例子可以帮助很好的理解，Linux图形界面显示就可以分为两部分，一部分是X Server用以驱动显卡并给替它程序提供接口，另一部分就是我们比较熟悉的窗口管理器(比如我现在用的gnome-session)，在之前安装arch linux的时候有很深的体会。

When writing drivers, a programmer should pay particular attention to this fundamental concept: write kernel code to access the hardware, but don’t force particular policies on the user, since different users have different needs.

这句话很关键，驱动程序只需要提供调用硬件的接口就可以了，并且越是policy free就越有利于实现应用可以在不同的环境下运行

内核浅析

在Unix系统中，进程会请求很多系统资源，比如cpu算力，内存，网络或者是其他资源，内核，简单来说，就是一堆可执行的代码，负责管理这些请求。内核大致可以分为以下几个部分：

进程管理

管理创建和销毁进程，进程之间的通信或者是cpu的分配
内存管理

内存管理其负责为程序分配虚拟内存
文件系统

以前看过这样一句话，几乎Unix系统中的一切都可以当作文件来看
设备控制

提供驱动管理，就是目前学习的重点
网络

模块化

Each piece of code that can be added to the kernel at runtime is called a module.

模块可以通过insmod装载并且可以通过rmmod卸载

模块也有很多种类，但分类的方式并不绝对，本书中分为了三类

a char module
a block module
a network module

内核中的各种功能，无论是硬件还是软件，都是模块化的

安全问题

如果内核存在安全漏洞，整个系统就是不安全的。系统通过调用init_module来检测用户是否有权限，也只有有权限的用户才可以装载模块

从hello world开始

第一个程序惯例从hello world开始，先写一个很简单的程序，即使没有任何内核基础也能看出大概意思来

//hello.c
#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static int hello_init(void){
    printk(KERN_ALERT"Hello,world\n");
    return 0;
}

static void hello_exit(void){
    printk(KERN_ALERT"Goodbye,cruel world\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

这个模块定义了两个函数，一个在模块载入(通过module_init加载)的时候调用，一个在模块卸载(通过module_exit加载)的时候调用，module_init和module_exit是指定函数作用的两个宏定义。另外一个宏定义就是MODULE_LICENSE，这里用来指定的是free license，没有license的模块在装载的时候会因为安全问题被禁用，导致装载失败。

printk顾名思义就是打印，很像printf，但是是打印在log里，可以使用dmesg命令查看。

注意在make的之前要先安装linux-header，我的环境是kali，使用的命令时是
1
sudo apt-get install linux-headers-$(uname -r)

Makefile如下

ifeq ($(KERNELRELEASE),)

    # Assume the source tree is where the running kernel was built
    # You should set KERNELDIR in the environment if it's elsewhere
    KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
    # The current directory is passed to sub-makes as argument
    PWD := $(shell pwd)

modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

modules_install:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install

clean:
	rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions Module.symvers modules.order

.PHONY: modules modules_install clean

else
    # called from kernel build system: just declare what our modules are
    obj-m := hello.o
endif

make成功之后使用sudo insmod hello.ko加载模块，使用sudo rmmod hello.ko卸载模块，之后可以使用sudo dmesg查看打印出来的信息

hello

#linux驱动 #kernel