2. Linux内核模块基础：模块加载与卸载、模块参数、模块依赖与符号导出

Linux内核是一个单体内核（Monolithic Kernel），但通过内核模块（Kernel Module）机制实现了动态扩展能力。模块是可以在运行时加载到内核或从内核卸载的代码片段，无需重新编译整个内核或重启系统。本章深入剖析模块的生命周期管理、参数传递、依赖关系与符号导出，为后续驱动开发奠定基础。

2.1 模块加载与卸载机制

每个内核模块必须声明初始化函数和清理函数。加载时内核调用初始化函数完成资源申请、设备注册等操作；卸载时调用清理函数释放资源。

2.1.1 模块生命周期状态机

模块在内核中经历以下状态转换：

2.1.2 模块加载与卸载命令

2.2 模块参数传递

内核模块支持在加载时通过命令行传递参数，无需重新编译。使用 module_param() 和 module_param_array() 宏声明参数。

2.2.1 参数声明宏

2.2.2 参数权限位（perm）

perm 参数控制 /sys/module/<name>/parameters/ 下文件的访问权限：

• 0：不在 sysfs 中暴露，仅加载时可用
• S_IRUGO (0444)：只读，所有用户可查看
• S_IWUSR | S_IRUGO (0644)：所有者可写，其他只读
• S_IRUSR (0400)：仅所有者可读

2.2.3 完整参数示例

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

static int debug = 0;
static char *device_name = "default_dev";
static int ports[4] = {100, 200, 300, 400};
static int port_count = 0;

module_param(debug, int, 0644);
MODULE_PARM_DESC(debug, "Debug level (0=off, 1=on)");

module_param(device_name, charp, 0444);
MODULE_PARM_DESC(device_name, "Device name string");

module_param_array(ports, int, &port_count, 0);
MODULE_PARM_DESC(ports, "Array of port numbers");

static int __init my_init(void)
{
    int i;
    printk(KERN_INFO "Module loaded: debug=%d, name=%s\n", debug, device_name);
    for (i = 0; i < port_count; i++)
        printk(KERN_INFO "  ports[%d] = %d\n", i, ports[i]);
    return 0;
}

static void __exit my_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Module unloaded\n");
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Embedded Driver Course");
MODULE_DESCRIPTION("Module parameter demo");

加载命令：

sudo insmod mymodule.ko debug=1 device_name="mydev" ports=8080,9090,10000

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 Export）机制实现模块间通信。

2.3.1 符号导出宏

2.3.2 依赖关系图

以下 SVG 展示三个模块之间的依赖链：

2.3.3 查看符号表

使用以下命令查看模块导出的符号：

# 查看内核全局符号表
cat /proc/kallsyms | grep "module_name"

# 查看特定模块的导出符号
nm mymodule.ko | grep "T"   # T 表示导出符号

# 查看模块依赖关系
modinfo mymodule.ko | grep "depends"

2.3.4 依赖与符号导出最佳实践

• 最小化导出：只导出必要的接口，避免暴露内部实现细节
• 使用 GPL 保护：商业驱动若不想被非 GPL 模块调用，使用 EXPORT_SYMBOL_GPL
• 依赖检查：使用 modprobe --show-depends 验证依赖链完整性
• 循环依赖禁止：内核不允许模块间循环依赖，否则加载死锁
• 符号命名规范：使用模块名前缀避免符号冲突，如 mydev_register

2.4 模块信息与许可证

每个模块应包含元数据描述，这些信息通过 modinfo 命令查看：

2.5 本章小结

内核模块是 Linux 驱动开发的基石。掌握模块加载/卸载流程、参数传递、依赖管理和符号导出，是编写可维护、可扩展驱动的必要条件。关键要点：

• 生命周期：理解 module_init → module_exit 的完整状态机
• 参数传递：使用 module_param 系列宏实现运行时配置
• 依赖管理：通过 EXPORT_SYMBOL 建立模块间接口契约
• 加载顺序：依赖模块必须先加载，卸载顺序相反
• 元数据：完整填写许可证、作者、描述等信息，便于维护和调试