4. 内核模块参数与符号导出

在 Linux 内核驱动开发中，模块不仅需要接收外部配置（如设备数量、缓冲区大小），还需要将内部函数或变量暴露给其他模块使用。本章聚焦于 模块参数传递 与 符号导出 两大机制，并深入分析模块间函数调用的实现原理与注意事项。

4.1 模块参数：module_param 系列宏

模块参数允许在加载模块时（insmod 或 modprobe）或通过 /sys/module/<name>/parameters/ 动态调整模块行为，无需重新编译。

4.1.1 基本用法

#include <linux/moduleparam.h>

static int irq_num = 10;
static char *dev_name = "mydevice";
static int debug_level = 0;

module_param(irq_num, int, 0644);
module_param(dev_name, charp, 0444);
module_param(debug_level, int, 0660);

MODULE_PARM_DESC(irq_num, "IRQ number for the device");
MODULE_PARM_DESC(dev_name, "Device name string");
MODULE_PARM_DESC(debug_level, "Debug level (0-3)");

4.1.2 数组参数

static int ports[4] = {0x3f8, 0x2f8, 0x3e8, 0x2e8};
static int nr_ports;

module_param_array(ports, int, &nr_ports, 0444);
MODULE_PARM_DESC(ports, "Array of I/O port addresses");

加载时传递数组：insmod mydriver.ko ports=0x3f8,0x2f8,0x3e8，nr_ports 自动记录实际传入个数。

4.2 符号导出：EXPORT_SYMBOL 与 EXPORT_SYMBOL_GPL

内核模块默认只导出 init_module 和 cleanup_module。若希望其他模块调用本模块的函数或访问全局变量，必须显式导出符号。

4.2.1 导出宏对比

4.2.2 导出示例

// exporter.c — 导出模块
#include <linux/module.h>

int my_core_calc(int a, int b)
{
    return a * b + 100;
}
EXPORT_SYMBOL(my_core_calc);

int my_gpl_only(void)
{
    return 0x55;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(my_gpl_only);

MODULE_LICENSE("GPL");

// importer.c — 导入模块
extern int my_core_calc(int a, int b);

static int __init importer_init(void)
{
    int result = my_core_calc(3, 7);  // 调用导出函数
    pr_info("Result from exporter: %d\n", result);
    return 0;
}

module_init(importer_init);
MODULE_LICENSE("GPL");

4.3 模块间函数调用机制

模块间调用本质上是 内核符号表的动态链接。加载器在解析未定义符号时，会遍历已加载模块的导出符号表。

4.3.1 调用流程步骤

1. 编译阶段： 导入模块（importer）记录未定义符号 func_a，生成重定位条目。
2. 加载阶段： insmod 或 modprobe 扫描导入模块的未定义符号表。
3. 符号查找： 遍历已加载模块的 __ksymtab 段，匹配符号名。
4. 许可检查： 若符号用 EXPORT_SYMBOL_GPL 导出，检查导入模块 license 是否为 GPL。
5. 重定位： 将导入模块中的符号引用替换为导出模块中的实际地址。
6. 调用执行： 模块 B 调用 func_a() 时，直接跳转到模块 A 的代码段。

4.4 模块依赖与加载顺序管理

当模块间存在符号依赖时，必须保证加载顺序正确。内核提供两种管理方式：

4.4.1 查看模块依赖

# 查看已加载模块的依赖关系
lsmod | grep exporter

# 查看模块文件依赖（需先运行 depmod）
modinfo -F depends importer.ko

# 手动生成依赖文件
sudo depmod -a

4.4.2 模块间调用注意事项

4.5 实战：构建可配置的字符设备驱动

综合运用模块参数与符号导出，实现一个可配置缓冲区大小的字符设备，并将核心操作函数导出供其他模块使用。

// char_device_exporter.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/slab.h>

static int buf_size = 1024;
module_param(buf_size, int, 0644);
MODULE_PARM_DESC(buf_size, "Buffer size in bytes (default: 1024)");

static char *device_buffer;
static int major;

int mydev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    pr_info("Device opened\n");
    return 0;
}
EXPORT_SYMBOL(mydev_open);

ssize_t mydev_read(struct file *file, char __user *buf,
                   size_t len, loff_t *off)
{
    // 简化实现：返回缓冲区内容
    return simple_read_from_buffer(buf, len, off, device_buffer, buf_size);
}
EXPORT_SYMBOL(mydev_read);

ssize_t mydev_write(struct file *file, const char __user *buf,
                    size_t len, loff_t *off)
{
    return simple_write_to_buffer(device_buffer, buf_size, off, buf, len);
}
EXPORT_SYMBOL(mydev_write);

static struct file_operations mydev_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = mydev_open,
    .read  = mydev_read,
    .write = mydev_write,
};

static int __init exporter_init(void)
{
    device_buffer = kmalloc(buf_size, GFP_KERNEL);
    if (!device_buffer)
        return -ENOMEM;

    major = register_chrdev(0, "mydev_exporter", &mydev_fops);
    if (major < 0) {
        kfree(device_buffer);
        return major;
    }
    pr_info("Exporter loaded: major=%d, buf_size=%d\n", major, buf_size);
    return 0;
}

static void __exit exporter_exit(void)
{
    unregister_chrdev(major, "mydev_exporter");
    kfree(device_buffer);
    pr_info("Exporter unloaded\n");
}

module_init(exporter_init);
module_exit(exporter_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

// char_device_importer.c
#include <linux/module.h>

extern int mydev_open(struct inode *, struct file *);
extern ssize_t mydev_read(struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
extern ssize_t mydev_write(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

static int __init importer_init(void)
{
    pr_info("Importer loaded, ready to use exported functions\n");
    pr_info("mydev_open @ %p\n", mydev_open);
    pr_info("mydev_read @ %p\n", mydev_read);
    pr_info("mydev_write @ %p\n", mydev_write);
    return 0;
}

static void __exit importer_exit(void)
{
    pr_info("Importer unloaded\n");
}

module_init(importer_init);
module_exit(importer_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

4.6 本章小结

• module_param 提供灵活的模块配置接口，支持运行时动态调整。
• EXPORT_SYMBOL / EXPORT_SYMBOL_GPL 控制符号可见性，GPL 变体保护核心接口。
• 模块间调用 依赖内核符号表动态重定位，需严格管理加载/卸载顺序。
• 实战中 将模块参数与符号导出结合，可构建高度可配置、可扩展的驱动架构。