2、内核模块基础：模块的加载与卸载（insmod/rmmod）、模块参数传递、模块依赖与符号导出

Linux 内核模块是动态加载到内核中的代码片段，用于扩展内核功能而不需要重新编译整个内核。本章将深入讲解模块的加载与卸载机制、参数传递方法、模块间的依赖关系以及符号导出技术，这些是驱动移植与设备树开发的基础能力。

2.1 模块加载与卸载核心机制

内核模块的生命周期由 insmod（加载）和 rmmod（卸载）两个用户态工具控制。模块内部通过 module_init() 和 module_exit() 宏声明入口与出口函数。

2.1.1 模块加载与卸载示例代码

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

static int __init my_module_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "MyDriver: 模块加载成功!\n");
    /* 在此处进行硬件资源申请、设备注册等操作 */
    return 0;
}

static void __exit my_module_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "MyDriver: 模块卸载成功!\n");
    /* 在此处释放已申请的资源 */
}

module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Linux驱动专家");
MODULE_DESCRIPTION("模块加载与卸载示例");

2.2 模块参数传递

内核模块支持在加载时通过 module_param 宏向模块内部传递参数，实现运行时配置。参数类型支持 int、charp、bool、数组等。

2.2.1 参数传递示例

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

static int debug_level = 0;
static char *device_name = "default_dev";
static int irq_numbers[4];
static int irq_count;

module_param(debug_level, int, 0644);
module_param(device_name, charp, 0);
module_param_array(irq_numbers, int, &irq_count, 0);

MODULE_PARM_DESC(debug_level, "调试级别: 0-关闭, 1-基本信息, 2-详细信息");
MODULE_PARM_DESC(device_name, "设备名称字符串");
MODULE_PARM_DESC(irq_numbers, "IRQ号数组, 最多4个");

static int __init param_demo_init(void)
{
    int i;
    printk(KERN_INFO "ParamDemo: debug_level = %d\n", debug_level);
    printk(KERN_INFO "ParamDemo: device_name = %s\n", device_name);
    printk(KERN_INFO "ParamDemo: irq_count = %d\n", irq_count);
    for (i = 0; i < irq_count; i++) {
        printk(KERN_INFO "ParamDemo: irq[%d] = %d\n", i, irq_numbers[i]);
    }
    return 0;
}

static void __exit param_demo_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "ParamDemo: 模块卸载\n");
}

module_init(param_demo_init);
module_exit(param_demo_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

2.3 模块依赖与符号导出

内核模块之间可以存在依赖关系：一个模块可以导出符号（函数或变量）供其他模块使用。使用 EXPORT_SYMBOL 或 EXPORT_SYMBOL_GPL 宏导出符号，依赖模块在加载时自动解析这些符号。

2.3.1 符号导出示例

/* 导出模块: export_demo.c */
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

int my_add(int a, int b)
{
    return a + b;
}
EXPORT_SYMBOL(my_add);

int my_multiply(int a, int b)
{
    return a * b;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(my_multiply);

static int __init export_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "ExportDemo: 符号导出模块加载\n");
    return 0;
}

static void __exit export_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "ExportDemo: 符号导出模块卸载\n");
}

module_init(export_init);
module_exit(export_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

/* 依赖模块: import_demo.c */
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

/* 声明外部符号 */
extern int my_add(int a, int b);
extern int my_multiply(int a, int b);

static int __init import_init(void)
{
    int sum = my_add(10, 20);
    int product = my_multiply(5, 6);
    printk(KERN_INFO "ImportDemo: my_add(10,20) = %d\n", sum);
    printk(KERN_INFO "ImportDemo: my_multiply(5,6) = %d\n", product);
    return 0;
}

static void __exit import_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "ImportDemo: 依赖模块卸载\n");
}

module_init(import_init);
module_exit(import_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.3.2 模块依赖关系表

2.4 模块编译与 Makefile 规范

内核模块的编译依赖内核源码树中的 Kbuild 系统。标准的模块 Makefile 模板如下：

# Makefile 模板
obj-m := my_driver.o
# 如果模块由多个源文件组成
# my_driver-objs := main.o helper.o

KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)

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

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

install:
    $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules_install
    depmod -a

2.5 常见问题与避坑指南

• 模块加载失败：检查内核版本是否匹配，使用 modinfo 查看模块支持的 vermagic。
• 符号未定义：确认导出模块已加载，且符号在 /proc/kallsyms 中可见。
• 参数类型不匹配：insmod 传入的参数类型必须与 module_param 声明的类型一致。
• 卸载时系统崩溃：检查 module_exit 中是否释放了所有资源，是否存在悬空指针。
• 模块依赖循环：模块 A 导出符号给 B，B 又导出符号给 A，会导致加载死锁。
• 权限问题：加载/卸载模块需要 root 权限，普通用户无法操作。