logo

TechCodeview

Linux Kernel Module Programmering: Hello World Program

Kjernemoduler er kodebiter som kan lastes og losses i kjernen etter behov. De utvider funksjonaliteten til kjernen uten å måtte starte systemet på nytt. Egendefinerte koder kan legges til Linux-kjerner via to metoder.
  • Den grunnleggende måten er å legge til koden i kjernekildetreet og kompilere kjernen på nytt.
  • En mer effektiv måte er å gjøre dette ved å legge til kode til kjernen mens den kjører. Denne prosessen kalles å laste modulen der modulen refererer til koden vi ønsker å legge til kjernen.
Siden vi laster disse kodene under kjøring og de ikke er en del av den offisielle Linux-kjernen, kalles disse loadable kernel module (LKM) som er forskjellig fra basiskjernen. Basiskjernen ligger i /boot-katalogen og lastes alltid når vi starter opp maskinen vår, mens LKM-er lastes inn etter at basiskjernen allerede er lastet. Ikke desto mindre er disse LKM i stor grad en del av kjernen vår, og de kommuniserer med basiskjernen for å fullføre funksjonene deres. LKM-er kan utføre en rekke oppgaver, men i utgangspunktet kommer de inn under tre hovedkategorier
  • enhetsdriver
  • filsystemdriver og
  • Systemanrop.
Så hvilken fordel tilbyr LKM-er? En stor fordel de har er at vi ikke trenger å fortsette å gjenoppbygge kjernen hver gang vi legger til en ny enhet eller hvis vi oppgraderer en gammel enhet. Dette sparer tid og hjelper også med å holde basekjernen feilfri. En nyttig tommelfingerregel er at vi ikke skal endre grunnkjernen vår når vi først har en fungerende basiskjerne. Det hjelper også med å diagnostisere systemproblemer. Anta for eksempel at vi har lagt til en modul til basiskjernen (dvs. vi har modifisert basiskjernen vår ved å rekompilere den) og modulen har en feil i seg. Dette vil forårsake feil ved systemoppstart, og vi vil aldri vite hvilken del av kjernen som forårsaker problemer. Mens hvis vi laster modulen under kjøretid og det forårsaker problemer, vil vi umiddelbart vite problemet, og vi kan laste ut modulen til vi fikser det. LKM-er er veldig fleksible i den forstand at de kan lastes og losses med en enkelt kommandolinje. Dette hjelper med å spare minne da vi bare laster inn LKM når vi trenger dem. Dessuten er de ikke tregere enn basiskjernen fordi å ringe en av dem er ganske enkelt å laste inn kode fra en annen del av minnet. **Advarsel: LKM-er er ikke brukerromsprogrammer. De er en del av kjernen. De har fri kjøring av systemet og kan lett krasje det. 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);
Forklaring på koden ovenfor: Kjernemoduler må ha minst to funksjoner: en 'start' (initialisering) funksjon kalt init_module() som kalles når modulen er insmoded i kjernen og en 'end' (cleanup) funksjon kalt cleanup_module() som kalles rett før den er rmmoded. Faktisk har ting endret seg fra og med kjernen 2.3.13. Du kan nå bruke hvilket navn du vil for start- og sluttfunksjonene til en modul. Faktisk er den nye metoden den foretrukne metoden. Imidlertid bruker mange fortsatt init_module() og cleanup_module() for start- og sluttfunksjonene. I denne koden har vi brukt hello_start() som init-funksjon og hello_end() som oppryddingsfunksjon. En annen ting du kanskje har lagt merke til er at i stedet for printf()-funksjonen har vi brukt printk(). Dette er fordi modulen ikke vil skrive ut noe på konsollen, men den vil logge meldingen i /var/log/kern.log. Derfor brukes den til å feilsøke kjernemoduler. Dessuten er det åtte mulige loggnivåstrenger definert i overskriften som kreves når du bruker printk(). Vi har listet dem i rekkefølge etter avtagende alvorlighetsgrad:
  • KERN_EMERG: Brukes for nødmeldinger vanligvis de som går før en krasj.
  • KERN_ALERT: En situasjon som krever umiddelbar handling.
  • KERN_CRIT: Kritiske forhold ofte relatert til alvorlige maskinvare- eller programvarefeil.
  • KERN_ERR: Brukes til å rapportere feiltilstander; enhetsdrivere bruker ofte KERN_ERR for å rapportere maskinvareproblemer.
  • KERN_ADVARSEL: Advarsler om problematiske situasjoner som ikke i seg selv skaper alvorlige problemer med systemet.
  • KERN_NOTICE: Situasjoner som er normale, men som fortsatt er verdt å merke seg. En rekke sikkerhetsrelaterte forhold rapporteres på dette nivået.
  • KERN_INFO: Informasjonsmeldinger. Mange drivere skriver ut informasjon om maskinvaren de finner ved oppstart på dette nivået.
  • KERN_DEBUG: Brukes til å feilsøke meldinger.
    • Vi har brukt KERN_INFO for å skrive ut meldingen. Klargjør systemet til å kjøre koden: 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-$(uname -r)
    Makefile for å kompilere kildekoden: 
    obj-m = hello.o all: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build/ M=$(PWD) modules clean: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
    **Merk: Ikke glem tabulatorplassene i Makefile Kompilere og laste inn modulen: Run the make command to compile the source code. Then use insmod to load the module. 
    akshat@gfg:~$ 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
    Testing av modulen: 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.