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前言
EXPORT_SYMBOL 是 Linux 内核中用于导出符号(函数或变量)供其他模块使用的宏。理解其底层原理需要了解内核模块加载过程和内核符号表管理。
EXPORT_SYMBOL 工作原理
1、宏定义和预处理
EXPORT_SYMBOL 宏定义在内核头文件中(通常在 include/linux/export.h 中)。它将符号添加到一个特定的段(section)中。
c
#define EXPORT_SYMBOL(sym) \
__EXPORT_SYMBOL(sym, "")
__EXPORT_SYMBOL 又定义为:
c
#define __EXPORT_SYMBOL(sym, sec) \
extern typeof(sym) sym; \
static const char __kstrtab_##sym[] \
__attribute__((section("__ksymtab_strings"), aligned(1))) \
= #sym; \
static const struct kernel_symbol __ksym_##sym \
__attribute__((section("__ksymtab" sec), used)) \
= { (unsigned long)&sym, __kstrtab_##sym }
2、内核符号表
EXPORT_SYMBOL 将符号和符号名字符串分别放在 __ksymtab 和 __ksymtab_strings 段中。__ksymtab 是内核符号表,包含所有导出的符号。
3、链接时处理
编译模块时,这些段会被链接器识别并保存在相应的模块对象文件中。内核在加载模块时会将这些符号表信息提取并合并到全局符号表中。
4、模块加载
当加载一个模块时,内核会处理模块的符号表段并注册所有的导出符号。内核符号表包含全局可见的符号,可以通过查找符号名找到其地址。
详细的过程
1、定义和编译
假设你有一个模块定义了一个符号并导出它:
c
// mymodule.c
int my_function(int x) {
return x * 2;
}
EXPORT_SYMBOL(my_function);
这段代码会生成类似以下内容的符号表项:
c
static const char __kstrtab_my_function[] __attribute__((section("__ksymtab_strings"), aligned(1))) = "my_function";
static const struct kernel_symbol __ksym_my_function __attribute__((section("__ksymtab"), used)) = { (unsigned long)&my_function, __kstrtab_my_function };
2、链接阶段
编译器会将这些信息放在模块的 .o 文件的 __ksymtab 和 __ksymtab_strings 段中。
3、加载模块:
当内核加载这个模块时,它会处理 __ksymtab 和 __ksymtab_strings 段,将符号注册到全局符号表中。加载过程中的关键函数是 simplify_symbols() 和 simplify_reloc(),它们会解析和处理这些符号。
4、符号查找:
内核中的其他模块可以通过 extern 关键字引用这些符号。当引用这些符号的模块加载时,内核会在全局符号表中查找这些符号,并解析符号地址。
示例
假设你有两个模块,分别是 mymodule.c 和 othermodule.c:
c
// mymodule.c
int my_function(int x) {
return x * 2;
}
EXPORT_SYMBOL(my_function);
c
// othermodule.c
extern int my_function(int x);
void call_my_function(void) {
int result = my_function(10);
printk(KERN_INFO "Result: %d\n", result);
}
编译和加载 mymodule 后,再加载 othermodule。othermodule 加载时,内核会解析 my_function 的符号地址,并正确调用 mymodule 中的 my_function 函数。
总结
EXPORT_SYMBOL 的底层原理是通过将符号和符号名存储在特定段中,内核在模块加载时处理这些段并将符号注册到全局符号表,从而实现符号的共享和复用。