3. 内核模块基础
Linux 内核模块（Loadable Kernel Module，LKM）是驱动工程师最常用的交付形态。它允许我们把驱动代码在需要时动态插入内核、不需要时安全移除，而不必重新编译整个内核或重启系统。理解模块的加载卸载机制、入口出口函数、许可证声明以及日志输出方式，是编写第一个可运行驱动的前提。本节围绕这五个核心点展开，并给出可直接编译验证的完整示例。
一、模块加载与卸载：insmod、rmmod 与 modprobe
内核模块本质是一个以 .ko 结尾的 ELF 目标文件，它由内核源码树中的 kbuild 系统编译生成。加载模块时，内核会执行模块的初始化函数；卸载时执行清理函数。常用命令有三类：
insmod xxx.ko：把指定路径的模块插入内核，不解析依赖关系，路径必须写全。rmmod xxx：按模块名卸载，若模块正在被使用（引用计数不为 0）会失败。modprobe xxx：从/lib/modules/$(uname -r)/目录查找模块，并自动加载其依赖模块，是生产环境推荐方式。
模块加载后，内核会在 /sys/module/<模块名>/ 下建立目录，同时 lsmod 会列出模块名、占用内存大小和被引用次数。卸载时若提示 Module is in use，说明有其它模块或进程依赖它，需要先解除依赖。
insmod 直接加载本地编译产物，避免 modprobe 因安装路径未更新而加载到旧版本模块。二、module_init 与 module_exit：模块的入口与出口
每个模块必须至少提供初始化函数，卸载函数可选。内核通过宏 module_init() 和 module_exit() 把函数注册到模块的 init 和 exit 段中，加载器据此找到入口地址。
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
static int __init mydrv_init(void)
{
printk(KERN_INFO "mydrv: init\n");
return 0; /* 返回 0 表示加载成功 */
}
static void __exit mydrv_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "mydrv: exit\n");
}
module_init(mydrv_init);
module_exit(mydrv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
两个关键修饰符：__init 标记的函数在初始化完成后其内存会被释放，__exit 标记的函数在模块被编译进内核（非模块方式）时会被丢弃。初始化函数返回 0 表示成功，返回负的 errno（如 -ENODEV、-ENOMEM）表示失败，此时内核会自动回滚并拒绝加载。
三、MODULE_LICENSE：不只是形式声明
MODULE_LICENSE("GPL") 声明模块遵循的许可证。它并非可有可无的装饰：内核在加载时会检查该字段，若模块未声明 GPL 兼容许可证，则无法调用仅导出给 GPL 模块的符号（EXPORT_SYMBOL_GPL），加载时会出现 Unknown symbol 或 disagrees about version of symbol 类错误，同时内核会被标记为“被污染”（tainted）。
| 宏 | 作用 | 常见取值 |
|---|---|---|
| MODULE_LICENSE | 声明许可证，影响 GPL 符号可用性 | "GPL"、"GPL v2"、"Dual BSD/GPL" |
| MODULE_AUTHOR | 作者信息，写入模块元数据 | 姓名或邮箱 |
| MODULE_DESCRIPTION | 模块功能描述 | 一句话说明 |
| MODULE_VERSION | 版本号，便于运维识别 | "1.0.0" |
| MODULE_ALIAS | 别名，供 modprobe 匹配 | 设备或总线标识 |
四、printk 与 dmesg：内核日志的写入与查看
内核空间不能使用 printf，标准输出方式是 printk。它按日志级别把消息写入内核环形缓冲区（log buffer），级别由 KERN_* 宏指定，数值越小优先级越高。
printk(KERN_EMERG "0 系统不可用\n");
printk(KERN_ALERT "1 必须立即处理\n");
printk(KERN_CRIT "2 严重错误\n");
printk(KERN_ERR "3 错误\n");
printk(KERN_WARNING "4 警告\n");
printk(KERN_NOTICE "5 正常但重要\n");
printk(KERN_INFO "6 一般信息\n");
printk(KERN_DEBUG "7 调试信息\n");
用户空间通过 dmesg 读取该缓冲区，也可直接查看 /proc/kmsg 或 /dev/kmsg。常用操作：
dmesg | tail -20 # 查看最近日志
dmesg -w # 实时跟踪
dmesg -T # 显示可读时间戳
dmesg -C # 清空缓冲区
echo 8 > /proc/sys/kernel/printk # 临时提高控制台输出级别
日志级别与 /proc/sys/kernel/printk 的四个数值相关：控制台级别、默认消息级别、最低级别、启动默认级别。只有级别数值小于控制台级别的消息才会打印到串口或终端，因此调试时若看不到 KERN_DEBUG，往往是控制台级别设置过低所致。
pr_debug() 配合 DEBUG 宏或 dynamic debug 控制。五、完整案例与常见误区复盘
下面给出一个最小可编译模块的 Makefile，配合前面的源码即可完成加载、查看日志、卸载的完整闭环。
obj-m += mydrv.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
all:
$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
执行 make 生成 mydrv.ko 后，依次运行 sudo insmod mydrv.ko、dmesg | tail、sudo rmmod mydrv，应能看到 init 与 exit 两条日志。若加载失败，用 dmesg 查看具体错误码是最快的定位手段。
最后复盘几个高频误区：其一，忘记写 MODULE_LICENSE，导致调用 GPL 符号失败却误以为是编译问题；其二，module_init 返回正值，内核会当作错误处理并拒绝加载；其三，卸载函数中释放了未申请的资源，或未注销字符设备、未删除 /proc 节点，造成下次加载失败；其四，把 printk 当成 printf 使用，缺少级别宏导致日志被默认级别过滤。掌握这些细节，模块开发就能从“能编译”走向“能稳定加载与卸载”。