模块编译与加载：Makefile编写、insmod/rmmod/lsmod命令详解、模块参数传递

好，咱们正式开始动手了。上一章我们把内核源码树搭好，环境也验证过了。这一章，我带你走一遍模块从编译到加载再到卸载的完整流程。说白了，就是让你知道怎么写一个能用的 Makefile，怎么用那几个最常用的命令，以及怎么给模块传参数。

我在项目里见过太多人，代码写得没问题，结果 Makefile 少了个 tab 或者变量名写错，折腾半天。嗯，咱们先把这些坑填上。

2.1 一个标准的内核模块 Makefile

内核模块的编译，跟普通用户态程序完全不一样。它依赖内核源码树的 Kbuild 系统。你不需要自己写复杂的编译规则，只需要告诉内核构建系统：我要编译什么，以及源码在哪。

下面这个 Makefile，是我个人最常用的模板，几乎每个项目都从它开始改：

# Makefile for a simple Linux kernel module

# 模块名称（最终生成 .ko 文件）
obj-m := hello.o

# 如果模块由多个源文件组成，用下面这种写法：
# hello-objs := main.o utils.o

# 当前内核源码树路径（通常自动获取）
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build

# 当前目录
PWD := $(shell pwd)

all:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean

install:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install

关键点解析：

  • obj-m := hello.o：告诉内核，我要编译一个名为 hello.ko 的模块，它的源文件是 hello.c。
  • KERNELDIR：指向当前运行内核的构建目录。如果你交叉编译，这里要改成你交叉编译工具链对应的内核路径。
  • -C $(KERNELDIR)：切换到内核源码目录执行 make。
  • M=$(PWD)：指定模块源码所在的目录。

我的习惯： 我会在 Makefile 开头加一行 ARCH ?= arm64 和 CROSS_COMPILE ?= aarch64-linux-gnu-，这样在嵌入式开发板上交叉编译时，直接 make ARCH=arm64 就行，不用改文件。

2.2 编译与加载：insmod / rmmod / lsmod

Makefile 写好了，执行 make，你会看到类似这样的输出：

make -C /lib/modules/5.15.0-generic/build M=/home/user/module modules
  CC [M]  /home/user/module/hello.o
  MODPOST /home/user/module/Module.symvers
  LD [M]  /home/user/module/hello.ko

生成 hello.ko 文件。这就是我们要加载的内核模块。

2.2.1 insmod — 加载模块

用法很简单：

sudo insmod hello.ko

它会调用模块的 init_module() 函数。如果成功，没有任何输出。如果失败，会打印错误信息到内核日志。

注意： insmod 不会自动解析模块依赖。如果你的模块依赖其他模块（比如依赖 libcrc32c），必须先手动加载依赖模块，或者用 modprobe。我曾经在调试一个网络驱动时，忘了先加载 crc32c 模块，结果 insmod 报 Unknown symbol 错误，查了半天才发现。

2.2.2 rmmod — 卸载模块

sudo rmmod hello

注意，这里用的是模块名 hello，不是文件名 hello.ko。它会调用 cleanup_module() 函数。

如果模块正在被使用（比如有进程打开了它的设备文件），rmmod 会失败，提示 Module is in use。这时候可以用 lsmod | grep hello 看看谁在用。

2.2.3 lsmod — 查看已加载模块

lsmod

输出格式如下：

Module Size Used by
hello 16384 0
ext4 655360 1

每一列的含义：

  • Module：模块名称。
  • Size：模块占用的内存大小（字节）。
  • Used by：被多少个其他模块或进程引用。如果为 0，表示可以安全卸载。

一个小技巧： 用 lsmod | wc -l 可以快速统计当前系统加载了多少个模块。我在做嵌入式系统裁剪时，经常用这个命令来检查哪些模块可以去掉。

2.3 模块参数传递

很多时候，我们希望模块在加载时能接受一些参数，比如调试级别、缓冲区大小、设备地址等。内核模块支持通过 module_param() 宏来声明参数。

2.3.1 基本用法

在模块源码中声明参数：

#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>

static int debug_level = 0;
static char *device_name = "default_dev";

module_param(debug_level, int, 0644);
module_param(device_name, charp, 0644);

MODULE_PARM_DESC(debug_level, "Debug level (0-3)");
MODULE_PARM_DESC(device_name, "Device name string");

加载时传参：

sudo insmod hello.ko debug_level=2 device_name="mydev"

参数类型支持：int、long、uint、charp（字符串指针）、bool 等。

2.3.2 参数权限

module_param() 的第三个参数是文件权限位，用于控制 /sys/module/<模块名>/parameters/ 下对应参数文件的访问权限：

权限值 含义
0 不创建 sysfs 文件，参数只能在加载时设置
0444 只读，用户可以通过 sysfs 查看但不能修改
0644 可读可写，运行时可以通过 sysfs 修改参数值

我曾经踩过的坑： 有一次我把参数权限设成了 0666，结果用户态程序不小心写了个非法值进去，导致模块内部数组越界，系统直接 panic。后来我改成 0644，并在参数 setter 里加了合法性校验。记住：不要轻易让用户态随意修改内核参数，除非你做了充分的边界检查。

2.3.3 数组参数

如果参数是一个数组，用 module_param_array()：

static int irq_list[4];
static int irq_count;

module_param_array(irq_list, int, &irq_count, 0644);
MODULE_PARM_DESC(irq_list, "Array of IRQ numbers (max 4)");

加载时：

sudo insmod hello.ko irq_list=10,20,30

此时 irq_count 会被自动设置为 3。

2.4 本章知识结构图

下面这张 SVG 图，把模块从源码到加载卸载的完整流程串起来了。你可以把它当作一个快速参考。

内核模块编译与加载流程 内核模块编译与加载流程 hello.c 源码 Makefile make 编译 hello.ko insmod hello.ko rmmod hello 内核空间运行 模块从内核移除

2.5 实战：一个带参数的可加载模块

把前面讲的知识点串起来，写一个完整的示例。这个模块加载时打印一条带参数的欢迎信息，卸载时打印再见信息。

// hello_param.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

static int count = 1;
static char *name = "World";

module_param(count, int, 0644);
module_param(name, charp, 0644);

MODULE_PARM_DESC(count, "How many times to print (default: 1)");
MODULE_PARM_DESC(name, "Who to greet (default: World)");

static int __init hello_init(void)
{
    int i;
    for (i = 0; i < count; i++)
        pr_info("Hello, %s! (%d/%d)\n", name, i+1, count);
    return 0;
}

static void __exit hello_exit(void)
{
    pr_info("Goodbye, %s!\n", name);
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A parameterized hello module");

对应的 Makefile 就一行核心规则：

obj-m := hello_param.o

编译后，加载测试：

sudo insmod hello_param.ko count=3 name="Kernel"
sudo dmesg | tail -5
# 输出：
# [ 1234.5678] Hello, Kernel! (1/3)
# [ 1234.5679] Hello, Kernel! (2/3)
# [ 1234.5680] Hello, Kernel! (3/3)

sudo rmmod hello_param
sudo dmesg | tail -1
# 输出：
# [ 1235.1234] Goodbye, Kernel!

调试小技巧： 如果你不想每次都用 dmesg 看输出，可以在另一个终端执行 tail -f /var/log/kern.log（某些发行版）或 journalctl -f，这样模块的打印会实时显示。

嗯，这一章的内容就到这里。Makefile 模板你直接拿去用，insmod/rmmod/lsmod 这三个命令要练到肌肉记忆。模块参数传递是内核模块与用户态交互最基础的手段，后面讲设备驱动时会频繁用到。

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