2. 内核模块基础：模块加载与卸载、module_init/module_exit机制、模块参数传递、模块依赖与符号导出

2.1 内核模块概述

Linux内核模块（Loadable Kernel Module, LKM）是内核在运行时动态加载和卸载的代码片段。模块机制允许开发者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，是驱动开发的核心基础。

2.2 模块加载与卸载流程

模块的生命周期由两个核心入口函数控制：module_init() 和 module_exit()。加载时内核调用初始化函数，卸载时调用清理函数。

2.3 module_init / module_exit 机制

这两个宏是模块的入口和出口声明，它们将指定的初始化/清理函数注册到内核模块框架中。

2.3.1 基本实现模板

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

static int __init my_driver_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "My driver loaded successfully\n");
    /* 注册设备、分配资源等 */
    return 0;
}

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "My driver unloaded\n");
    /* 释放资源、注销设备等 */
}

module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Linux kernel module example");

2.4 模块参数传递

模块支持在加载时通过命令行传递参数，使用 module_param() 宏声明。

2.4.1 参数声明与使用

#include <linux/moduleparam.h>

static int debug_level = 0;
static char *device_name = "default_dev";
static int array_param[4] = {0, 0, 0, 0};
static int array_count;

module_param(debug_level, int, 0644);
module_param(device_name, charp, 0644);
module_param_array(array_param, int, &array_count, 0644);

MODULE_PARM_DESC(debug_level, "Debug level (0-3)");
MODULE_PARM_DESC(device_name, "Device name string");
MODULE_PARM_DESC(array_param, "Array of 4 integers");

2.4.2 加载时传参方式

2.5 模块依赖与符号导出

模块之间可以存在依赖关系：一个模块可以导出符号（函数或变量）供其他模块使用。

2.5.1 符号导出机制

2.5.2 导出符号的两种方式

2.5.3 模块依赖管理

/* 模块 A：导出符号 */
#include <linux/module.h>

void shared_function(void)
{
    printk(KERN_INFO "Shared function called\n");
}
EXPORT_SYMBOL(shared_function);

/* 模块 B：引用符号 */
extern void shared_function(void);

static int __init module_b_init(void)
{
    shared_function();  /* 调用模块 A 导出的函数 */
    return 0;
}

2.6 完整示例：带参数和符号导出的模块

/* calculator_module.c */
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

static int op_count = 0;
module_param(op_count, int, 0644);
MODULE_PARM_DESC(op_count, "Number of operations to simulate");

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

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

static int __init calc_init(void)
{
    int i;
    printk(KERN_INFO "Calculator module loaded\n");
    printk(KERN_INFO "Operation count: %d\n", op_count);
    
    for (i = 0; i < op_count; i++) {
        printk(KERN_INFO "Test %d: add(3,4)=%d, mul(2,5)=%d\n",
               i+1, add_numbers(3,4), multiply_numbers(2,5));
    }
    return 0;
}

static void __exit calc_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Calculator module unloaded\n");
}

module_init(calc_init);
module_exit(calc_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Kernel Driver Expert");
MODULE_DESCRIPTION("Calculator module with parameters and symbol export");

2.7 模块编译与测试

2.7.1 Makefile 模板

obj-m := calculator_module.o

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

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

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

2.7.2 测试步骤

1. 编译模块：make
2. 加载模块（带参数）：sudo insmod calculator_module.ko op_count=3
3. 查看模块信息：lsmod | grep calculator
4. 查看内核日志：dmesg | tail -10
5. 查看参数：cat /sys/module/calculator_module/parameters/op_count
6. 卸载模块：sudo rmmod calculator_module

2.8 本章小结