23-从 Linux 4.0 到 7.2.5 的迁移

23.1 迁移总览

维度	4.0	7.2.5	影响
硬件描述	板级文件 + 部分设备树	设备树/ACPI 唯一主线	板级文件全部删除
编译器	GCC 4.x	GCC 11+ / Clang（LLVM=1）	新警告默认开启
C 标准	GNU89/GNU11	GNU11	变量声明位置、fallthrough
模块签名	可选	常用（Secure Boot）	sign-file
符号版本	CRC32	CRC32 或 DWARF（CONFIG_GENDWARFKSYMS）	Rust 必需
构建	-C $KDIR M=$PWD	-f $KDIR/Makefile M=$PWD（6.13+）	外部模块 Makefile
字符设备	cdev + file_operations	同，但 class_create(name) 单参数	见 23.3
中断	request_irq + tasklet	threaded IRQ + 工作队列	tasklet 仅维护旧代码
定时器	init_timer()	timer_setup()	init_timer 已删除
块设备	请求队列	blk-mq	旧接口删除
网络	netdev_ops 雏形	NAPI + DMA + XDP + ethtool_ops	见 23.6
总线	i2c_new_device	i2c_new_client_device	见 23.7
GPIO	整数 GPIO	描述符 API	见 23.8
电源	手写 clk/regulator	CCF/regulator/OPP/genpd	见 23.9
调试	printk + GDB	+ dynamic debug/ftrace/perf/eBPF/KASAN	见第 21 章

23.2 编译与构建

23.2.1 外部模块 Makefile

# ---- 4.0 时代 ----
# KDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
# all:
# 	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

# ---- 7.2.5 推荐（6.13 起支持 -f）----
obj-m += mydrv.o
KDIR ?= ~/works/study/build/linux-7.2.5-x86_64
PWD  := $(shell pwd)

all:
	$(MAKE) -f $(KDIR)/Makefile M=$(PWD) modules

clean:
	$(MAKE) -f $(KDIR)/Makefile M=$(PWD) clean

-f 写法与 -C 等价，但不切换工作目录，路径处理更直观。

23.2.2 内核编译

# 4.0 时代
# make menuconfig && make -j8

# 7.2.5 推荐（外部构建 + 配置片段）
export KSRC=~works/study/linux-7.2.5
export KBUILD=~works/study/build/linux-7.2.5-x86_64

make -C "$KSRC" O="$KBUILD" x86_64_defconfig
"$KSRC/scripts/kconfig/merge_config.sh" -O "$KBUILD" \
    "$KBUILD/.config" "$KSRC/kernel/configs/kvm_guest.config"
make -C "$KSRC" O="$KBUILD" olddefconfig
make -C "$KSRC" O="$KBUILD" -j"$(nproc)"

# Clang/LLVM 构建
make -C "$KSRC" O="$KBUILD" LLVM=1 defconfig
make -C "$KSRC" O="$KBUILD" LLVM=1 -j"$(nproc)"

自带的配置片段 （kernel/configs/）：kvm_guest.config、debug.config、 hardening.config、rust.config、x86_debug.config、nopm.config。

23.2.3 编译器/语言变化

变化	说明	应对
GNU11	变量可在块中间声明	无（更好写）
-Wimplicit-fallthrough	switch 穿透要显式	加 fallthrough;
-Wunused-but-set-variable	未使用变量报错	删除
-Wformat-truncation	可能截断的 snprintf	检查缓冲区
strlcpy 移除	用 strscpy	见 23.4
strncpy 不推荐	用 strscpy/strscpy_pad

23.3 字符设备与设备模型

4.0 写法	7.2.5 写法	说明
class_create(owner, name)	class_create(name)	少一个参数
class_destroy(cls)	class_destroy(cls)	不变
device_create(cls, parent, devt, drvdata, fmt, ...)	同	不变
struct file_operations	同	但 ioctl 必须用 unlocked_ioctl
proc_create(name, mode, parent, fops)	proc_create(name, mode, parent, proc_ops)	用 struct proc_ops
create_proc_entry()	已删除	用 proc_create()
create_proc_read_entry()	已删除	用 proc_create() + seq_file
init_timer(&t) + t.function=	timer_setup(&t, fn, flags)	init_timer 已删除
struct device_driver（device.h）	include/linux/device/driver.h	头文件拆分
struct bus_type（device.h）	include/linux/device/bus.h	头文件拆分
struct class（device.h）	include/linux/device/class.h	头文件拆分
mod_devicetable.h 定义所有 id	include/linux/device-id/*.h	头文件拆分
struct miscdevice 无 nodename	新增 nodename/mode	见 include/linux/miscdevice.h

7.2.5 头文件拆分的实际影响 ：老代码 #include <linux/device.h> 仍然能编译（它会转发），但新代码应包含具体头文件：

#include <linux/device/class.h>    /* struct class, class_create */
#include <linux/device/driver.h>   /* struct device_driver */
#include <linux/device/bus.h>      /* struct bus_type */
#include <linux/device-id/i2c.h>   /* struct i2c_device_id */

23.4 内核编程通用 API

4.0	7.2.5	说明
strlcpy(dst, src, size)	strscpy(dst, src, size)	strlcpy 已移除
strncpy	strscpy / strscpy_pad
snprintf	scnprintf（内核更常用）
init_MUTEX()	已删除	用 mutex_init()
DECLARE_MUTEX	已删除	用 DEFINE_MUTEX
sleep_on()	已删除	用等待队列
interruptible_sleep_on()	已删除	用 wait_event_interruptible()
check_region()	已删除	用 request_region()
get_user_pages()	仍存在，但推荐 get_user_pages_fast() / pin_user_pages*()	见 include/linux/mm.h
手动加锁/解锁	guard(mutex)(&lock)、scoped_guard()	include/linux/cleanup.h
手动 kfree	__free(kfree)	include/linux/cleanup.h
kmalloc + 检查	devm_kzalloc	推荐 devm
WARN_ON 大量使用	WARN_ON_ONCE 优先	避免日志风暴

7.2.5 的 cleanup.h（RAII 风格）：

#include <linux/cleanup.h>

/* 自动释放锁 */
guard(mutex)(&my_lock);
/* 出作用域自动 unlock */

/* 自动 kfree */
struct my_data *d __free(kfree) = kzalloc(sizeof(*d), GFP_KERNEL);
/* 出作用域自动 kfree(d) */

/* 作用域内加锁 */
scoped_guard(mutex, &my_lock) {
	...
}

23.5 中断、时钟与并发

4.0	7.2.5	说明
request_irq()	request_threaded_irq() / devm_request_irq()	推荐线程化 + devm
tasklet	工作队列 / threaded IRQ	tasklet 仅维护旧代码
init_timer()	timer_setup()	见 23.3
setup_timer()	timer_setup()	已删除
mod_timer()	同
hrtimer 手写	hrtimer_init() + hrtimer_start()	不变
smp_mb__after_atomic() 等	同	内存屏障 API 稳定
atomic_dec_and_test()	同
手写 RCU	rcu_read_lock()/synchronize_rcu()	不变
struct completion	同

7.2.5 中断要点：

/* 推荐：devm + threaded */
ret = devm_request_threaded_irq(dev, irq,
                                my_hardirq_handler,   /* 顶半部（可选 NULL） */
                                my_thread_fn,         /* 底半部（可睡眠） */
                                IRQF_ONESHOT, "mydrv", priv);

IRQF_ONESHOT 表示顶半部返回 IRQ_WAKE_THREAD 后， 中断在底半部完成前保持屏蔽。

23.6 网络设备

4.0	7.2.5	说明
init_etherdev()	已删除	用 alloc_etherdev()
alloc_netdev()	alloc_netdev() / alloc_etherdev_mqs()
ndo_set_multicast_list	ndo_set_rx_mode
ndo_tx_timeout(dev)	ndo_tx_timeout(dev, txqueue)	多队列
ethtool get_settings	get_link_ksettings
netif_napi_add(dev, napi, poll, weight)	netif_napi_add_weight() 或 netif_napi_add()（新签名）	见 netdevice.h
手动 NAPI 调度	napi_schedule()	不变
eth_change_mtu	已删除	用默认 MTU 处理
中断里 netif_rx()	napi_gro_receive()	GRO
dev_kfree_skb()	dev_kfree_skb_irq()（中断中）
单队列	多队列 + netif_set_real_num_tx_queues()
无 XDP	XDP + AF_XDP	7.2.5 特性

7.2.5 的 ndo_tx_timeout 签名（这是最常踩的坑）：

/* 4.0 */
void my_tx_timeout(struct net_device *dev);

/* 7.2.5 */
void my_tx_timeout(struct net_device *dev, unsigned int txqueue);

23.7 I²C / SPI / USB

4.0	7.2.5	说明
i2c_driver.probe(client, id)	probe(client)	少一个参数
i2c_driver.remove 返回 int	返回 void
i2c_new_device()	i2c_new_client_device()
i2c_new_probed_device()	i2c_new_scanned_device()
i2c_add_adapter() 手动删	devm_i2c_add_adapter()	推荐
裸 SMBus 调用	regmap	推荐
struct spi_master	struct spi_controller	重命名
spi_alloc_master()	spi_alloc_host()
spi_register_master()	spi_register_controller()
spi_master_get/put	spi_controller_get/put
spi_driver.probe(spi)	不变（单参数）
spi_driver.remove 返回 int	返回 void
usb_driver.probe(intf, id)	不变（两参数）	注意与 i2c/spi 不同
usb_driver.disconnect	返回 void	不变
usb_buffer_alloc/free	已删除	用 usb_alloc_coherent/free_coherent
usb_alloc_urb	不变
legacy gadget（g_serial 等）	configfs + libcomposite
OTG transceiver	role switch + Type-C

注意 ：usb_driver.probe 在 7.2.5 中仍然是两个参数 ， 与 i2c_driver/spi_driver 的单参数 probe 不同。这是最容易搞混的地方。

23.8 GPIO / pinctrl / 时钟 / 电源

4.0	7.2.5	说明
gpio_request()	devm_gpiod_get()	整数接口在 CONFIG_GPIOLIB_LEGACY=n 时不可用
gpio_get_value()	gpiod_get_value()
gpio_set_value()	gpiod_set_value()
gpio_direction_output()	gpiod_direction_output()
of_get_named_gpio()	devm_gpiod_get()
include <linux/gpio.h>	<linux/gpio/consumer.h> （消费者） <linux/gpio/driver.h>（驱动）	gpio.h 已标注"must not be included"
gpio_request_array()	devm_gpiod_get_array()
手动 pinctrl apply	内核自动 pinctrl_bind_pins()
clk_get() + clk_enable()	devm_clk_get_enabled()
clk_prepare() 手动	devm_clk_get_prepared()
regulator_get() + enable	devm_regulator_get_enable()
dev_pm_opp_set_regulator()	devm_pm_opp_set_config()
pm_qos_add_request()	cpu_latency_qos_add_request()
pm_runtime_get_sync()	pm_runtime_resume_and_get()	失败自动回退
pm_runtime_enable() 手动 disable	devm_pm_runtime_enable()
手写 dev_pm_ops	DEFINE_SIMPLE_DEV_PM_OPS()	一行

GPIO 头文件的现代规则（源码里写得很明确）：

场景	应包含
实现 GPIO 控制器	<linux/gpio/driver.h>
使用 GPIO（消费者）	<linux/gpio/consumer.h>
使用遗留整数接口	<linux/gpio/legacy.h>（且需 CONFIG_GPIOLIB_LEGACY）

23.9 块设备

4.0	7.2.5	说明
blk_init_queue()	已删除	用 blk-mq
struct request_queue 手动	blk_mq_alloc_tag_set() + blk_mq_alloc_disk()
make_request_fn	已删除	用 blk_mq_ops.queue_rq
elv_add_request()	已删除
blk_queue_make_request()	用 blk_alloc_disk() 或 blk_mq_alloc_disk()
add_disk()	add_disk() / device_add_disk()
bio_endio()	同
submit_bio()	同
struct block_device_operations	同（submit_bio 成员可用）

7.2.5 的现代块设备骨架：

struct blk_mq_tag_set tag_set = {
	.ops = &my_mq_ops,
	.nr_hw_queues = 1,
	.queue_depth = 128,
	.numa_node = NUMA_NO_NODE,
};
blk_mq_alloc_tag_set(&tag_set);
disk = blk_mq_alloc_disk(&tag_set, NULL);
disk->major = MY_MAJOR;
disk->first_minor = 0;
disk->fops = &my_fops;
disk->private_data = priv;
strscpy(disk->disk_name, "myblk", DISK_NAME_LEN);
set_capacity(disk, MY_SECTORS);
add_disk(disk);

23.10 迁移检查清单

从 4.0 代码迁移到 7.2.5 时，按此清单逐项检查：

• init_timer() → timer_setup()
• create_proc_entry() → proc_create() + struct proc_ops
• class_create(owner, name) → class_create(name)
• strlcpy → strscpy
• i2c_driver.probe 改单参数，remove 改 void
• spi_master → spi_controller，spi_alloc_master → spi_alloc_host
• spi_driver.remove 改 void
• ndo_tx_timeout 加 txqueue 参数
• netif_napi_add 检查新签名
• 整数 GPIO → gpiod_* 描述符
• pm_qos_* → cpu_latency_qos_*
• pm_runtime_get_sync → pm_runtime_resume_and_get
• dma_request_slave_channel → dma_request_chan
• dmaengine_terminate_all → dmaengine_terminate_sync
• blk_init_queue → blk-mq
• platform_driver.remove 返回 void
• 检查所有 remove 是否还有 int 返回值
• 用 checkpatch.pl 检查风格
• 在 QEMU 上跑一遍（第 22 章）

23.11 常见错误

错误	现象	修正
用 -C 且假设 cwd 不变	路径错	用 -f 或显式 cd
class_create 两参数	编译错误	单参数
proc_ops 用 fops 成员名	编译错误	用 proc_open/proc_read
strlcpy	链接错误	strscpy
init_timer	编译错误	timer_setup
platform_driver.remove 返回 int	编译错误	返回 void
i2c probe 两参数	编译错误	单参数
usb probe 一参数	编译错误	仍是两参数
spi_master	编译警告	spi_controller
用整数 GPIO	编译失败	gpiod_*
pm_qos_add_request	编译失败	cpu_latency_qos_*
blk_init_queue	编译失败	blk-mq
忘记 fallthrough;	警告变错误	显式标注

23.12 本章实验清单

实验	目的	关键观察
编译 4.0 风格模块	看编译错误	逐条对照本章修复
字符设备迁移	掌握 class/proc 变化	编译通过
I²C 驱动迁移	掌握 probe 签名	在 i2c-stub 上 probe
网络驱动迁移	掌握 NAPI/ethtool	ip link 正常
GPIO 迁移	掌握描述符	gpiod_* 工作
PM 迁移	掌握 PM QoS/Runtime PM	runtime_status
checkpatch	风格检查	无 error

23.13 总结

1. 4.0 → 7.2.5 最大变化是硬件描述从板级文件转向设备树/ACPI。
2. 大量旧 API 被删除 而非仅弃用：init_timer、create_proc_entry、 strlcpy、init_MUTEX、sleep_on、check_region、usb_buffer_alloc、 blk_init_queue、init_etherdev 等。
3. probe/remove 签名 是高频踩坑点： i2c_driver/spi_driver 是单参数 probe + void remove， usb_driver 仍是两参数 probe。
4. GPIO 描述符 API 全面取代整数 GPIO；linux/gpio.h 已标注禁止包含。
5. regmap、devm_、cleanup.h（guard/__free） 是现代驱动的三大便利设施。
6. blk-mq 是块设备的唯一路径；请求队列旧接口全部删除。
7. 构建侧：O= 外部构建 、-f $KDIR/Makefile M=$PWD 、 LLVM=1 、配置片段合并 是 7.2.5 的标准做法。
8. 迁移后用 checkpatch.pl + QEMU 实验 双重验证（第 21、22 章）。