【Linux驱动实战】：带参数的内核模块

大家好！作为一个刚入坑 Linux 驱动开发的初学者，我最近在疯狂啃书，敲代码找感觉，但是越学越感到世界是如此之大，但好在每天学到的新知识不会让我感到空虚。相信大家忘不了我们当初学习 C 语言是敲 Hello World 入门的，而现在学习 Linux 内核驱动，我们得先从编写最简单的内核模块入门。

这篇文章作为我的《Linux驱动开发》专栏的第二篇，我会分享一段带有传参功能的内核模块代码，详细分析其中的底层原理，并最终将它在板子上运行起来。

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1 核心代码解析

先上代码，文件名是param.c：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/moduleparam.h>
​
static char* who = "world";
static int times = 1;
​
// 声明模块参数
module_param(who, charp, 0644);
module_param(times, int, 0644);
​
static int __init my_driver_init(void)
{
    int i;
    for(i=0; i<times; i++)
    {
        printk(KERN_EMERG "hello %s!  times = %d\n", who, i+1);
    }
    return 0;
}
​
static void __exit my_driver_exit(void)
{
    printk(KERN_EMERG "The module end!\n");
}
​
module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);
​
MODULE_LICENSE("GPL");

内核模块的一些知识点我在上一篇文章中已经讲了不少了，但是考虑到可能有新的读者朋友，有些点我可能简单地再提一下。

这段代码乍一看很简单，但是作为初学者，我们要知其然，更要知其所以然。下面我会讲一些值得深挖的知识点。

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2. 代码详解

我们首先把需要注意的点逐个击破，然后再看代码的整体框架。

2.1 为什么用 printk 而不是 printf

大家可能会想，我们以往用 C 语言写的应用程序用的打印函数都是 printf 呀，为什么这里用的是 printk？其实这个问题本身中就藏着一个关键点，我们以往写的是应用程序，而应用程序是运行在用户空间的。我们现在写的模块运行在内核空间，所以不能用用户空间的printf，只能用内核专属的printk。

这里我想借用《UNIX 环境高级编程》中的一张图，鉴于清晰度我重画了一下，但表达的意思是一样的，如下：

正如图中描述的那样，应用程序可以使用公用函数库，也可以使用系统调用。而内核中的程序是用不了公用函数库的，内核有自己专属的打印函数，也就是代码中的printk。

要注意看 printk 中的 KERN_EMERG，这是 内核打印级别 。KERN_EMERG 是最高级别，代表系统崩溃前的紧急信息。

我这里用 KERN_EMERG 是为了确保打印信息能直接输出到开发板的终端上。但在实际的工程项目开发中，普通的提示信息应该使用 KERN_INFO 或 KERN_DEBUG，否则会干扰系统的关键错误报警。当然，这个例程中换用 KERN_INFO 是可以的，终端看不到我们可以去内核日志里面看。

2.2 __init 和 __exit

这两个宏可不仅仅是修饰符那么简单。

• __init：它告诉编译器，这个函数只在模块初始化时使用。内核执行完它后，会立刻释放掉这部分代码占用的内存。在嵌入式设备这种内存匮乏的设备中，这是一个非常 nice 的设计。
• __exit：标记该函数只在模块卸载时调用。如果该模块被静态编译进了内核，而不是编译为 .ko 文件动态加载，这个函数甚至会被编译器直接优化掉，不会占用空间。

2.3 module_param

在用户态编程，我们习惯使用 main(int argc, char *argv[]) 传参，但在内核代码中，我们不能依赖 main 函数的参数，而是要借助 module_param 宏。

这个宏长下面这样：

module_param(name, type, perm)

它接收三个参数，下面一一介绍：

• name：变量名，比如程序中的times。
• type：数据类型。charp 代表字符指针 char pointer，int 代表整型，还有其他的如 bool、long、short 等等。
• perm：访问权限。

变量名和数据类型这两个参数都好理解，但是第三个参数 访问权限 我这里要详细讲讲：

大家也都看到了，代码中访问权限对应的参数填的0644，但是这个 0644 到底是什么意思呢？

其实这里的 0644 是八进制权限掩码，类似 Linux 系统的文件权限 rw-r--r--：意味着文件所有者可读可写，同组用户及其他用户只能读。

实际上，当模块被加载后，内核会在 /sys/module/param/parameters/ 目录下为这些参数生成对应的虚拟文件，这里的 param 是模块名称，这就意味着，我们甚至可以在模块运行期间，通过修改 /sys 目录下的文件来动态改变这些变量的值。 后面加载模块之后我会验证这一点。

2.4 别忘了 MODULE_LICENSE

如果你不加 MODULE_LICENSE("GPL")，模块虽然能编译过，但在加载时内核会无情地吐出一条警告："module taints kernel"（该模块污染了内核）。Linux 内核是 GPL 开源协议的，内核极其鄙视 闭源 模块，加上这句不仅是遵循开源精神，也能让我们调用更多内核导出的底层 API。

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3. 编译并运行

3.1 编译

Makefile 如下：

#替换成你的开发板对应的Linux内核源码树的绝对路径，并且源码一定要是编译过的
KERNEL_DIR := /home/xlp/workspace/kernel
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obj-m := param.o
​
all:
    make -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- modules
​
clean:
    make -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) clean
​

编写好 Makefile 之后，我们在存放 param.c 和 Makefile 的目录下执行 make ，如下：

如图，编译成功之后目录下多出了许多文件，其中大部分都是编译的中间产物，只有 param.ko 是我们需要的。

然后我们，就可以在板子上加载这个模块了。

3.2 运行

将 param.ko 从虚拟机传到板子上有很多方法，我用的 NFS 网络文件系统，大家随意。

在板子上我们执行下面命令加载模块：

sudo insmod param.ko

第一次加载模块我们没有带参数，终端的内容也就是我们程序中默认的 who 和 times 的值。

然后我们卸载模块，再带上参数重新加载一下：

sudo rmmod param.ko

sudo insmod param.ko who="xlp" times=5

如图，可以看到初始化函数按照我们新传入的参数执行了。

到这里，我们本篇文章的主线任务就结束了，不知道大家还记得前面的 /sys 目录吗？后面的内容，我们继续就这个点简要的了解一下。

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4. 探秘/sys文件系统

我们进入下面的目录：

/sys/module/param/parameters/

注意，param是编译后的模块名称，你当时怎么给文件命名的，现在就进哪个目录。

该目录的内容如下：

可以看到有两个文件，文件名分别就是我们程序中的变量名，访问权限也真的就是 -rw-r--r--，即0644。

我们查看一下文件的内容，发现正是我们加载模块时传进去的。

这里有一个问题请大家思考一下，如果我用echo修改这两个文件的值，终端还会打印出内容吗？

下面我们试试：

如图，我们先切换到 root 权限，然后分别修改 times 和 who 的内容，但最终终端并没有新的消息弹出来。

下面解释一下为什么。

道理其实也很简单，我们前面介绍module_init时就提到过，用它注册的初始化函数只会在模块加载时 调用一次，而我们的 printk 循环打印逻辑在初始化函数中，在初始化完成之后它的内存就被回收了，此时 echo 修改的，仅仅是内核内存里留存的 who 变量和 times 变量的值而已。

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5. 一个小坑

下面我要讲坑了，注意力请集中了。

上一章在讲修改 times 和 who 的值时，不知道大家有没有注意我是怎么修改的，我先使用sudo su切换到root权限再修改，而不是像下面这样：

sudo echo 10 > times
sudo echo "Linux" > who

先看看这样做的结果，我们再解释为什么：

可以看到，权限不足。

在你的大脑里，这句话的意思可能是："以 root 权限执行 echo 10 > times 这个整体动作"。

但在 bash 的眼里，这句话被分成了两部分：

1. bash 会首先看到 > times 这个重定向符号。于是，bash 尝试以 当前登录用户也就是普通用户 cat 的身份，去打开并准备写入 times 这个文件。
2. 如果文件打开成功，bash 才会以 root 权限去执行 sudo echo 3

而由于我们在代码里设置了参数的权限是 0644，也就是拥有者 root 可读写，其他人只能读，普通用户 cat 是没有写权限的。所以，在第一步时，bash 就直接报错拦截了，sudo 根本连执行的机会都没有。报错信息 -bash: times: Permission denied 前面的 -bash 就说明了这是 Shell 报的错，而不是 sudo 报的错。

大家可以去亲自尝试一下，在踩了这个坑之后，以后就不会再犯这种错误了。

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6. 总结

通过这个简单的带参数的内核模块，我们其实明白了内核空间向用户空间暴露参数的机制，也就是/sys文件系统。

虽然还算不了真正意义上操作硬件的驱动，但是我想说的是，千里之行，始于足下。只要不断学习，把基础知识打牢，后面的路就会越走越宽，越走越快。

如果你也是正在学习 Linux 驱动的小白，欢迎评论区交流或者私信，大家一起进步。

最后，如果本文有帮助到你，希望能得到收藏和关注，我以后会持续更新这个专栏。

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本文结束。