Linux内核编程(前言)
时间：2007-02-17 来源：PHP爱好者
著者：Ori Pomerantz
翻译：徐辉
译者前言
这是我的第一次尝试，在此之前我还没有接触过Linux，所以翻译得很粗糙，有的地方我自己也不明白，只好照着翻下来。而且急急匆匆，毛毛草草，一定有许多错误或不当之处。我一向就是这么毛草的啦，总是给我的组织丢脸。所以如果你发现了有什么错误或者解释不清的地方，希望能够指正，敬请把您的金玉之言发到我的信箱里。
本人此举旨在结识天下Linux英雄。本人徐辉（号：水光月影，真命天子）现在北大方正研究院读研，主要研究方向是信息安全、数据加密和Linux的安全性。由于我们的工作在方正尚属开创，所以希望能够结识最多的Linux、网络安全方面的高手。如果您有什么项目需要合作，或者有什么好的提议，或者有关于安全方面的需求，或者有比较好的资料，敬请与我们联系。本人将感激不尽。 //bow
本书英文下载版可在http://metalab.unc.edu/ldp找到。印刷版请见书后的说明。
最后必须声明：本书翻译完全是个人行为，我只代表我个人。本资料为内部交流使用，未经作者及译者许可，任何单位和个人不得将本资料用作商业用途。如经发现，本人有权力追究法律责任。
译者email:[email protected]
2000年8月19日 于北大燕园
1．Hello, world
当第一个穴居的原始人程序员在墙上凿出第一个“洞穴计算机”的程序时，那是一个打印出用羚羊角上的图案表示的“Hello world”的程序。罗马编程教科书上是以“Salut, Mundi”的程序开始的。我不知道如果人们打破这个传统后会有什么后果，但我认为还是不要去发现这个后果比较安全。
一个内核模块至少包括两个函数：init_module，在这个模块插入内核时调用；cleanup_module，在模块被移出时调用。典型情况下，init_module为内核中的某些东西注册一个句柄，或者把内核中的程序提换成它自己的代码（通常是进行一些工作以后再调用原来工作的代码）。Clean_module模块要求撤销init_module进行的所有处理工作，使得模块可以被安全的卸载。
Exhello.c
/* hello.c
* Copyright (C) 1998 by Ori Pomerantz
*
* "Hello, world" - the kernel module version.
*/
/* The necessary header files */
/* Standard in kernel modules */
#include /* Were doing kernel work */
#include /* Specifically, a module */
/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS
#include
#endif
/* Initialize the module */
int init_module()
{
printk("Hello, world - this is the kernel speakingn");
/* If we return a non zero value, it means that
* init_module failed and the kernel module
* cant be loaded */
return 0;
}
/* Cleanup - undid whatever init_module did */
void cleanup_module()
{
printk("Short is the life of a kernel modulen");
}
1．1内核模块的编译文件
一个内核模块不是一个可以独立执行的文件，而是需要在运行时刻连接入内核的目标文件。所以，它们需要用-c选项进行编译。而且，所有的内核模块都必须包含特定的标志：
__KERNEL__——这个标志告诉头文件此代码将在内核模块中运行，而不是作为用户进程。
MODULE——这个标志告诉头文件要给出适当的内核模块的定义。
LINUX——从技术上讲，这个标志不是必要的。但是，如果你希望写一个比较正规的内核模块，在多个操作系统上编译，这个标志将会使你感到方便。它可以允许你在独立于操作系统的部分进行常规的编译。
还有其它的一些可被选择包含标志，取决于编译模块是的选项。如果你不能明确内核怎样被编译，可以在in/usr/include/linux/config.h中查到。
__SMP__——对称多线程。在内核被编译成支持对称多线程（尽管在一台处理机上运行）是必须定义。如果是这样，还需要做一些别的事情（参见第12章）。
CONFIG_MODVERSIONS——如果CONFIG_MODVERSIONS被激活，你需要在编译是定义它并且包含文件/usr/include/linux/modversions.h。这可以有代码自动完成。
ex Makefile
# Makefile for a basic kernel module
CC=gcc
MODCFLAGS := -Wall -DMODULE -D__KERNEL__ -DLINUX
hello.o: hello.c /usr/include/linux/version.h
$(CC) $(MODCFLAGS) -c hello.c
echo insmod hello.o to turn it on
echo rmmod hello to turn if off
echo
echo X and kernel programming do not mix.
echo Do the insmod and rmmod from outside
所以，并不是剩下的事情就是root（你没有把它编译成root，而是在边缘（注1.1）。对吗？），然后就在你的核心内容里插入或移出hello。当你这样做的时候，要注意到你的新模块在/proc/modules里。
而且，编译文件不推荐从X下插入的原因是内核有一条需要用printk打印的消息，它把它送给了控制台。如果你不使用X，它就送到了你使用的虚拟终端（你用Alt-F选择的哪个）并且你可以看到。相反的，如果你使用了X，就有两种可能性。如果用xterm –C打开了一个控制台，输出将被送到哪里。如果没有，输出将被送到虚拟终端7——被X“覆盖”的那个。
如果你的内核变得不稳定，你可以在没有X的情况下得到调试消息。在X外，printk可以直接从内核中输出到控制台。而如果在X里，printk输出到一个用户态的进程（xterm –C）。当进程接收到CPU时间，它会将其送到X服务器进程。然后，当X服务器进程接收到CPU时间，它将会显示，但是一个不稳定的内核意味着系统将会崩溃或重起，所以你不希望显示错误的消息，然后可能被解释给你什么发生了错误，但是超出了正确的时间。
1.2 多文件内核模块
有些时候在几个源文件之间分出一个内核模块是很有意义的。在这种情况下，你需要做下面的事情：
1. 在除了一个以外的所有源文件中，增加一行#define __NO_VERSION__。这是很重要的，因为module.h一般包括kernel_version的定义，这是一个全局变量，包含模块编译的内核版本。如果你需要version.h，你需要把自己把它包含进去，因为如果有__NO_VERSION__的话module.h不会自动包含。
2. 象通常一样编译源文件。
3. 把所有目标文件联编成一个。在X86下，用ld –m elf_i386 –r –o .o <1st source file>
这里给出一个这样的内核模块的例子。
ex start.c
/* start.c
* Copyright (C) 1999 by Ori Pomerantz
*
* "Hello, world" - the kernel module version.
* This file includes just the start routine
*/
/* The necessary header files */
/* Standard in kernel modules */
#include /* Were doing kernel work */
#include /* Specifically, a module */
/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS
#include
#endif
/* Initialize the module */
int init_module()
{
printk("Hello, world - this is the kernel speakingn");
/* If we return a non zero value, it means that
* init_module failed and the kernel module
* cant be loaded */
return 0;
}
ex stop.c
/* stop.c
* Copyright (C) 1999 by Ori Pomerantz
*
* "Hello, world" - the kernel module version. This
* file includes just the stop routine.
*/
/* The necessary header files */
/* Standard in kernel modules */
#include /* Were doing kernel work */
#define __NO_VERSION__ /* This isnt "the" file
* of the kernel module */
#include /* Specifically, a module */
#include /* Not included by
* module.h because
* of the __NO_VERSION__ */
/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS
#include
#endif
/* Cleanup - undid whatever init_module did */
void cleanup_module()
{
printk("Short is the life of a kernel modulen");
}
ex Makefile
# Makefile for a multifile kernel module
CC=gcc
MODCFLAGS := -Wall -DMODULE -D__KERNEL__ -DLINUX
hello.o: start.o stop.o
ld -m elf_i386 -r -o hello.o start.o stop.o
start.o: start.c /usr/include/linux/version.h
$(CC) $(MODCFLAGS) -c start.c
stop.o: stop.c /usr/include/linux/version.h
$(CC) $(MODCFLAGS) -c stop.c
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翻译：徐辉
译者前言
这是我的第一次尝试，在此之前我还没有接触过Linux，所以翻译得很粗糙，有的地方我自己也不明白，只好照着翻下来。而且急急匆匆，毛毛草草，一定有许多错误或不当之处。我一向就是这么毛草的啦，总是给我的组织丢脸。所以如果你发现了有什么错误或者解释不清的地方，希望能够指正，敬请把您的金玉之言发到我的信箱里。
本人此举旨在结识天下Linux英雄。本人徐辉（号：水光月影，真命天子）现在北大方正研究院读研，主要研究方向是信息安全、数据加密和Linux的安全性。由于我们的工作在方正尚属开创，所以希望能够结识最多的Linux、网络安全方面的高手。如果您有什么项目需要合作，或者有什么好的提议，或者有关于安全方面的需求，或者有比较好的资料，敬请与我们联系。本人将感激不尽。 //bow
本书英文下载版可在http://metalab.unc.edu/ldp找到。印刷版请见书后的说明。
最后必须声明：本书翻译完全是个人行为，我只代表我个人。本资料为内部交流使用，未经作者及译者许可，任何单位和个人不得将本资料用作商业用途。如经发现，本人有权力追究法律责任。
译者email:[email protected]
2000年8月19日 于北大燕园
1．Hello, world
当第一个穴居的原始人程序员在墙上凿出第一个“洞穴计算机”的程序时，那是一个打印出用羚羊角上的图案表示的“Hello world”的程序。罗马编程教科书上是以“Salut, Mundi”的程序开始的。我不知道如果人们打破这个传统后会有什么后果，但我认为还是不要去发现这个后果比较安全。
一个内核模块至少包括两个函数：init_module，在这个模块插入内核时调用；cleanup_module，在模块被移出时调用。典型情况下，init_module为内核中的某些东西注册一个句柄，或者把内核中的程序提换成它自己的代码（通常是进行一些工作以后再调用原来工作的代码）。Clean_module模块要求撤销init_module进行的所有处理工作，使得模块可以被安全的卸载。
Exhello.c
/* hello.c
* Copyright (C) 1998 by Ori Pomerantz
*
* "Hello, world" - the kernel module version.
*/
/* The necessary header files */
/* Standard in kernel modules */
#include /* Were doing kernel work */
#include /* Specifically, a module */
/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS
#include
#endif
/* Initialize the module */
int init_module()
{
printk("Hello, world - this is the kernel speakingn");
/* If we return a non zero value, it means that
* init_module failed and the kernel module
* cant be loaded */
return 0;
}
/* Cleanup - undid whatever init_module did */
void cleanup_module()
{
printk("Short is the life of a kernel modulen");
}
1．1内核模块的编译文件
一个内核模块不是一个可以独立执行的文件，而是需要在运行时刻连接入内核的目标文件。所以，它们需要用-c选项进行编译。而且，所有的内核模块都必须包含特定的标志：
__KERNEL__——这个标志告诉头文件此代码将在内核模块中运行，而不是作为用户进程。
MODULE——这个标志告诉头文件要给出适当的内核模块的定义。
LINUX——从技术上讲，这个标志不是必要的。但是，如果你希望写一个比较正规的内核模块，在多个操作系统上编译，这个标志将会使你感到方便。它可以允许你在独立于操作系统的部分进行常规的编译。
还有其它的一些可被选择包含标志，取决于编译模块是的选项。如果你不能明确内核怎样被编译，可以在in/usr/include/linux/config.h中查到。
__SMP__——对称多线程。在内核被编译成支持对称多线程（尽管在一台处理机上运行）是必须定义。如果是这样，还需要做一些别的事情（参见第12章）。
CONFIG_MODVERSIONS——如果CONFIG_MODVERSIONS被激活，你需要在编译是定义它并且包含文件/usr/include/linux/modversions.h。这可以有代码自动完成。
ex Makefile
# Makefile for a basic kernel module
CC=gcc
MODCFLAGS := -Wall -DMODULE -D__KERNEL__ -DLINUX
hello.o: hello.c /usr/include/linux/version.h
$(CC) $(MODCFLAGS) -c hello.c
echo insmod hello.o to turn it on
echo rmmod hello to turn if off
echo
echo X and kernel programming do not mix.
echo Do the insmod and rmmod from outside
所以，并不是剩下的事情就是root（你没有把它编译成root，而是在边缘（注1.1）。对吗？），然后就在你的核心内容里插入或移出hello。当你这样做的时候，要注意到你的新模块在/proc/modules里。
而且，编译文件不推荐从X下插入的原因是内核有一条需要用printk打印的消息，它把它送给了控制台。如果你不使用X，它就送到了你使用的虚拟终端（你用Alt-F选择的哪个）并且你可以看到。相反的，如果你使用了X，就有两种可能性。如果用xterm –C打开了一个控制台，输出将被送到哪里。如果没有，输出将被送到虚拟终端7——被X“覆盖”的那个。
如果你的内核变得不稳定，你可以在没有X的情况下得到调试消息。在X外，printk可以直接从内核中输出到控制台。而如果在X里，printk输出到一个用户态的进程（xterm –C）。当进程接收到CPU时间，它会将其送到X服务器进程。然后，当X服务器进程接收到CPU时间，它将会显示，但是一个不稳定的内核意味着系统将会崩溃或重起，所以你不希望显示错误的消息，然后可能被解释给你什么发生了错误，但是超出了正确的时间。
1.2 多文件内核模块
有些时候在几个源文件之间分出一个内核模块是很有意义的。在这种情况下，你需要做下面的事情：
1. 在除了一个以外的所有源文件中，增加一行#define __NO_VERSION__。这是很重要的，因为module.h一般包括kernel_version的定义，这是一个全局变量，包含模块编译的内核版本。如果你需要version.h，你需要把自己把它包含进去，因为如果有__NO_VERSION__的话module.h不会自动包含。
2. 象通常一样编译源文件。
3. 把所有目标文件联编成一个。在X86下，用ld –m elf_i386 –r –o .o <1st source file>
这里给出一个这样的内核模块的例子。
ex start.c
/* start.c
* Copyright (C) 1999 by Ori Pomerantz
*
* "Hello, world" - the kernel module version.
* This file includes just the start routine
*/
/* The necessary header files */
/* Standard in kernel modules */
#include /* Were doing kernel work */
#include /* Specifically, a module */
/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS
#include
#endif
/* Initialize the module */
int init_module()
{
printk("Hello, world - this is the kernel speakingn");
/* If we return a non zero value, it means that
* init_module failed and the kernel module
* cant be loaded */
return 0;
}
ex stop.c
/* stop.c
* Copyright (C) 1999 by Ori Pomerantz
*
* "Hello, world" - the kernel module version. This
* file includes just the stop routine.
*/
/* The necessary header files */
/* Standard in kernel modules */
#include /* Were doing kernel work */
#define __NO_VERSION__ /* This isnt "the" file
* of the kernel module */
#include /* Specifically, a module */
#include /* Not included by
* module.h because
* of the __NO_VERSION__ */
/* Deal with CONFIG_MODVERSIONS */
#if CONFIG_MODVERSIONS==1
#define MODVERSIONS
#include
#endif
/* Cleanup - undid whatever init_module did */
void cleanup_module()
{
printk("Short is the life of a kernel modulen");
}
ex Makefile
# Makefile for a multifile kernel module
CC=gcc
MODCFLAGS := -Wall -DMODULE -D__KERNEL__ -DLINUX
hello.o: start.o stop.o
ld -m elf_i386 -r -o hello.o start.o stop.o
start.o: start.c /usr/include/linux/version.h
$(CC) $(MODCFLAGS) -c start.c
stop.o: stop.c /usr/include/linux/version.h
$(CC) $(MODCFLAGS) -c stop.c
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