内核模块是Linux内核向外部提供的一个插口，其全称为动态可加载内核模块（Loadable Kernel Module，LKM），我们简称为模块。Linux内核之所以提供模块机制，是因为它本身是一个单内核（monolithic kernel）。单内核的最大优点是效率高，因为所有的内容都集成在一起，但其缺点是可扩展性和可维护性相对较差，模块机制就是为了弥补这一缺陷。
一、什么是模块
模块是具有独立功能的程序，它可以被单独编译，但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行，这与运行在用户空间的进程是不同的。模块通常由一组函数和数据结构组成，用来实现一种文件系统、一个驱动程序或其他内核上层的功能。
二、编写一个简单的模块
模块和内核都在内核空间运行，模块编程在一定意义上说就是内核编程。因为内核版本的每次变化，其中的某些函数名也会相应地发生变化，因此模块编程与内核版本密切相关。以下例子针对2.6内核
1．程序举例
代码:
hellomod.c001// hello world driver for Linux 2.6 004 #include <linux/module.h>005 #include <linux/kernel.h>006 #include <linux/init.h> /* 必要的头文件*/ 009 static int __init lkp_init( void ){ printk('<1>Hello,World! from the kernel space...\n'); return 0;013 } 015 static void __exit lkp_cleanup( void ){ printk('<1>Goodbye, World! leaving kernel space...\n');018 } 020 module_init(lkp_init);021 module_exit(lkp_cleanup);022 MODULE_LICENSE('GPL');
2．说明
第4行：所有模块都要使用头文件module.h，此文件必须包含进来。
第5行：头文件kernel.h包含了常用的内核函数。
第6行：头文件init.h包含了宏_init和_exit，它们允许释放内核占用的内存。建议浏览一下该文件中的代码和注释。
第9-12行：这是模块的初始化函数，它必需包含诸如要编译的代码、初始化数据结构等内容。
第11行使用了printk()函数，该函数是由内核定义的，功能与C库中的printf()类似，它把要打印的信息输出到终端或系统日志。字符串中的<1>是输出的级别，表示立即在终端输出。
第15-18行：这是模块的退出和清理函数。此处可以做所有终止该驱动程序时相关的清理工作。
第20行：这是驱动程序初始化的入口点。对于内置模块，内核在引导时调用该入口点；对于可加载模块则在该模块插入内核时才调用。
第21行：对于可加载模块，内核在此处调用module_cleanup（）函数，而对于内置的模块，它什么都不做。
第22行：提示可能没有GNU公共许可证。有几个宏是在2.4版的内核中才开发的（详情参见modules.h）。
函数module_init()和cleanup_exit()是模块编程中最基本也是必须的两个函数。module_init()向内核注册模块所提供的新功能，而cleanup_exit()注销由模块提供的所有功能。
模块编程属于内核编程，因此，除了对内核相关知识有所了解外，还需要了解与模块相关的知识。
1．应用程序与内核模块的比较
为了加深对内核模块的了解，表一给出应用程序与内核模块程序的比较。
表一 应用程序与内核模块程序的比较
C语言应用程序
内核模块程序
使用函数
Libc库
内核函数
运行空间
用户空间
内核空间
运行权限
普通用户
超级用户
入口函数
main()
module_init()
出口函数
exit()
module_exit()
编译
Gcc –c
Makefile
连接
Gcc
insmod
运行
直接运行
insmod
调试
Gdb
kdbug, kdb,kgdb等
从表一我们可以看出，内核模块程序不能调用libc库中的函数，它运行在内核空间，且只有超级用户可以对其运行。另外，模块程序必须通过module_init()和module-exit()函数来告诉内核“我来了”和“我走了”。
2．内核符号表（如果对以下第2~4点理解上有困难，可以越过）
如前所述，Linux内核是一个整体结构，像一个圆球，而模块是插入到内核中的插件。尽管内核不是一个可安装模块，但为了方便起见，Linux把内核也看作一个“母”模块。那么模块与模块之间如何进行交互呢，一种常用的方法就是共享变量和函数。但并不是模块中的每个变量和函数都能被共享，内核只把各个模块中主要的变量和函数放在一个特定的区段，这些变量和函数就统称为符号。到低哪些符号可以被共享？ Linux内核有自己的规定。对于内核这个特殊的母模块，在kernel/ksyms.c中定义了从中可以“移出”的符号，例如进程管理子系统可以“移出”的符号定义如下：
/* 进程管理 */
EXPORT_SYMBOL(do_mmap_pgoff);
EXPORT_SYMBOL(do_munmap);
EXPORT_SYMBOL(do_brk);
EXPORT_SYMBOL(exit_mm);
…
EXPORT_SYMBOL(schedule);
EXPORT_SYMBOL(jiffies);
EXPORT_SYMBOL(xtime);
…
你可能对这些变量和函数已经很熟悉。其中宏定义EXPORT_SYMBOL（）本身的含义是“移出符号”。为什么说是“移出”呢？因为这些符号本来是内核内部的符号，通过这个宏放在一个公开的地方，使得装入到内核中的其他模块可以引用它们。
实际上，仅仅知道这些符号的名字是不够的，还得知道它们在内核地址空间中的地址才有意义。因此，内核中定义了如下结构来描述模块的符号：
struct module_symbol
{
unsigned long value; ／*符号在内核地址空间中的地址*/
const char *name; /*符号名*/
};
我们可以从/proc/ksyms文件中读取所有内核模块“移出”的符号，这所有符号就形成内核符号表，其格式如下：
内存地址 符号名 ［所属模块］
在模块编程中，可以根据符号名从这个文件中检索出其对应的地址，然后直接访问该地址从而获得内核数据。第三列“所属模块”指符号所在的模块名，对于从内核这一母模块移出的符号，这一列为空。
模块加载后，2.4内核下可通过 /proc/ksyms、 2.6 内核下可通过/proc/kallsyms查看模块输出的内核符号
3．模块依赖
如前所述，内核符号表记录了所有模块可以访问的符号及相应的地址。当一个新的模块被装入内核后，它所申明的某些符号就会被登记到这个表中，而这些符号可能被其他模块所引用，这就引出了模块依赖这个问题。
一个模块A引用另一个模块B所移出的符号，我们就说模块B被模块A引用，或者说模块A依赖模块B。如果要链接模块A，必须先链接模块B。这种模块间相互依赖的关系就叫模块依赖。
4．模块引用计数器
为了确保模块安全地卸载，每个模块都有一个引用计数器。当执行模块所涉及的操作时就递增计数器，在操作结束时就递减这个计数器；另外，当模块B被模块A引用时，模块B的引用计数就递增，引用结束，计数器递减。什么时候可以卸载这个模块？当然只有这个计数器值为0的时候，例如，当一个文件系统还被安装在系统上时就不能将其卸载，当这个文件系统不再被使用时，引用计数器就为0，于是可以卸载。
四．模块编译
Linux 中最重要的软件开发工具是 GCC。GCC 是 GNU 的 C 和 C++ 编译器。但是，在大型的开发项目中，通常有几十到上百个的源文件，如果每次均手工键入 gcc 命令进行编译的话，则会非常不方便。因此，人们通常利用 make 工具来自动完成编译工作。利用这种自动编译可大大简化开发工作，避免不必要的重新编译。这些工作包括：如果仅修改了某几个源文件，则只重新编译这几个源文件；如果某个头文件被修改了，则重新编译所有包含该头文件的源文件。
1．编译工具make
实际上，make 工具通过一个称为 Makefile 的文件来完成并自动维护编译工作。Makefile 需要按照某种语法进行编写，其中说明了如何编译各个源文件并连接生成可执行文件，并定义了源文件之间的依赖关系。下面给出2.6 内核模块的Makefile模板（有点复杂，实在看不懂，可以仅作参考）
# Makefile2.6
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
#kbuild syntax. dependency relationshsip of files and target modules are listed here.
mymodule-objs := file1.o file2.o
obj-m := mymodule.o
else
PWD := $(shell pwd)
KVER ?= $(shell uname -r)
KDIR := /lib/modules/$(KVER)/build
all:
$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)
clean:
rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions
endif
KERNELRELEASE是在内核源码的顶层Makefile中定义的一个变量，在第一次读取执行此Makefile时，KERNELRELEASE没有被定义， 所以make将读取执行else之后的内容。如果make的目标是clean，直接执行clean操作，然后结束。当make的目标为all时，-C $(KDIR) 指明跳转到内核源码目录下读取那里的Makefile；M=$(PWD) 表明然后返回到当前目录继续读入、执行当前的Makefile。当从内核源码目录返回时，KERNELRELEASE已被被定义，kbuild也被启动去解析kbuild语法的语句，make将继续读取else之前的内容。else之前的内容为kbuild语法的语句, 指明模块源码中各文件的依赖关系，以及要生成的目标模块名。mymodule-objs := file1.o file2.o表示mymoudule.o 由file1.o与file2.o 连接生成。obj-m := mymodule.o表示编译连接后将生成mymodule.o模块。
补充一点，'$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)'与'$(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS =$(PWD)'的作用是等效的，后者是较老的使用方法。推荐使用M而不是SUBDIRS，前者更明确。
通过以上比较可以看到，从Makefile编写来看，在2.6内核下，内核模块编译不必定义复杂的CFLAGS，而且模块中各文件依赖关系的表示简洁清晰。
例如，要把第一部分中所提到的hellomod.c编译成一个模块，简单的使用GCC无法完成。最好写一个Makefile文件，内容如下（以后写其他模块的Makefile可以如法**制，改变一下模块名字即可）
obj-m += hellomod.o
all:
make -C /usr/src/linux M=$(PWD) modules
clean:
make -C /usr/src/linux M=$(PWD) clean
在这里要特别说明的是，/usr/src/linux 中的Linux目录，因发布版不同而不同，比如在我安装的Ubuntu下为linux-headers-2.6.20.16-generic，因此，只需要建立一个针对Linux的符号链接就可以。
有了Makefile,执行make命令，会自动形成相关的后缀为.o和.ko文件。
到此，模块编译好了，该把它插入到内核了：
如：insmod hellomod.ko
是否插入成功可以通过dmesg命令查看，屏幕最后几行的输出就是你程序中输出的内容。
当不再模块需要时，可以通过rmmod命令移去。
modutils是管理内核模块的一个软件包。可以在任何获得内核源代码的地方获取Modutils(modutils-x.y.z.tar.gz)源代码，然后选择最高级别的patch.x.y.z等于或小于当前的内核版本，安装后在/sbin目录下就会有insomod、rmmod、ksyms、lsmod、modprobe等实用程序。当然，通常我们在加载Linux内核时，modutils已经被载入。
1．Insmod命令
调用insmod程序把需要插入的模块以目标代码的形式插入到内核中。在插入的时候，insmod自动调用init_module()函数运行。注意，只有超级用户才能使用这个命令，其命令格式为：
# insmod [path] modulename.c
2. rmmod命令
调用rmmod程序将已经插入内核的模块从内核中移出，rmmod会自动运行cleanup_module()函数，其命令格式为：
#rmmod [path] modulename.c
3．lsmod命令
调用lsmod程序将显示当前系统中正在使用的模块信息。实际上这个程序的功能就是读取/proc文件系统中的文件/proc/modules中的信息，其命令格式为：
#lsmod
4．ksyms命令
ksyms这个程序用来显示内核符号和模块符号表的信息。与lsmod相似，它的功能是读取/proc文件系统中的另一个文件/proc/kallsyms。
在此，我们将编写一个模块，其中有一个中断函数，当内核接收到某个 IRQ 上的一个中断时会调用它。先给出全部代码，读者自己调试，把对该程序的理解跟到本贴后面。
----------------------------------------
#include
#include
#include
static int irq;
static char *interface;
//MODULE_PARM_DESC(interface,'A network interface'); 2.4内核中该宏的用法
molule_parm(interface,charp,0644) //2.6内核中的宏
//MODULE_PARM_DESC(irq,'The IRQ of the network interface');
module_param(irq,int,0644);
static irqreturn_t myinterrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
static int mycount = 0;
if (mycount < 10) {
printk('Interrupt!\n');
mycount++;
}
return IRQ_NONE;
}
static int __init myirqtest_init(void)
{
printk ('My module worked!11111\n');
if (request_irq(irq, &myinterrupt, SA_SHIRQ,interface, &irq)) {
printk(KERN_ERR 'myirqtest: cannot register IRQ %d\n', irq);
return -EIO;
}
printk('%s Request on IRQ %d succeeded\n',interface,irq);
return 0;
}
static void __exit myirqtest_exit(void)
{
printk ('Unloading my module.\n');
free_irq(irq, &irq);
printk('Freeing IRQ %d\n', irq);
return;
}
module_init(myirqtest_init);
module_exit(myirqtest_exit);
MODULE_LICENSE('GPL');
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这里要说明的是，在插入模块时，可以带两个参数，例如
insmod myirq.ko interface=eth0 irq=9
其中 具体网卡 irq的值可以查看 cat /proc/interrupts
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