2、Linux内核模块基础：模块概念、模块生命周期（init/exit）、模块依赖与符号导出

2.1 内核模块概念

Linux内核模块（Loadable Kernel Module，LKM）是一种可以在运行时动态加载到内核或从内核卸载的代码片段。它允许在不重新编译整个内核、不重启系统的情况下扩展内核功能，是设备驱动、文件系统、网络协议等内核功能的主要载体。

一个典型的内核模块源码结构包含以下要素：

• 头文件：<linux/module.h>（模块API）、<linux/kernel.h>（内核打印等）
• 模块许可证声明：MODULE_LICENSE("GPL")
• 模块作者/描述：MODULE_AUTHOR()、MODULE_DESCRIPTION()
• 初始化入口：module_init() 宏注册的函数
• 清理出口：module_exit() 宏注册的函数

// simple_module.c — 最小内核模块示例
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

static int __init simple_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Simple module loaded.\n");
    return 0;   // 0 表示加载成功
}

static void __exit simple_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Simple module unloaded.\n");
}

module_init(simple_init);
module_exit(simple_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Kernel Expert");
MODULE_DESCRIPTION("A minimal loadable kernel module example");

2.2 模块生命周期：init / exit

每个内核模块都经历 加载 → 初始化 → 运行 → 卸载 → 清理 的完整生命周期。内核通过 module_init() 和 module_exit() 两个宏来注册模块的进入和退出函数。

2.3 模块依赖与符号导出

模块之间可以存在依赖关系：一个模块可能调用另一个模块导出的函数或变量。内核通过 符号导出（Symbol Exporting） 机制控制哪些符号可以被其他模块访问。

2.3.1 符号导出机制

内核使用以下宏控制符号的可见性：

// exporter_module.c — 导出符号供其他模块使用
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

int shared_counter = 0;
EXPORT_SYMBOL_GPL(shared_counter);

int increment_counter(void)
{
    return ++shared_counter;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(increment_counter);

static int __init exporter_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Exporter module loaded.\n");
    return 0;
}

static void __exit exporter_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Exporter module unloaded.\n");
}

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

// consumer_module.c — 使用导出的符号
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

extern int shared_counter;
extern int increment_counter(void);

static int __init consumer_init(void)
{
    int val = increment_counter();
    printk(KERN_INFO "Consumer: shared_counter = %d\n", val);
    return 0;
}

static void __exit consumer_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Consumer module unloaded.\n");
}

module_init(consumer_init);
module_exit(consumer_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.3.2 模块依赖关系图

2.3.3 依赖管理命令

2.4 模块加载失败常见原因（与依赖相关）

• 符号未导出：被依赖的符号未使用 EXPORT_SYMBOL 或 EXPORT_SYMBOL_GPL 导出。
• 许可证不匹配：使用 EXPORT_SYMBOL_GPL 导出的符号，非 GPL 模块无法引用。
• 依赖顺序错误：使用 insmod 时未先加载依赖模块。
• 模块版本不匹配：模块编译时的内核版本与运行内核版本不一致（vermagic 校验失败）。
• 循环依赖：模块 A 依赖 B，B 又依赖 A，内核加载器无法解析。

# 查看模块依赖关系示例
$ modinfo ext4.ko
filename:       ext4.ko
license:        GPL
description:    Fourth Extended Filesystem
depends:        mbcache,jbd2,crc16,crc32c_generic   # 依赖模块列表
vermagic:       5.15.0-generic SMP mod_unload modversions

# 查看已加载模块的依赖树
$ lsmod | grep ext4
ext4                   786432  1
mbcache                16384  1 ext4
jbd2                  163840  1 ext4
crc16                  16384  1 ext4
crc32c_generic         16384  1 ext4