📄 (ldd) ch02-编写和运行模块(转载).htm
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<P><BR>正如函数register_symtab的名字所暗示，它用来在内核主符号表中注册符号表。这种方<BR>法要比通过静态和全局变量的方法清晰的多，这样程序员就可以把关于哪些开放给其他<BR>模块，哪些不开放的信息集中存放。这种方法比在源文件中到处堆放static声明要好的<BR>多。<BR> <BR>如果模块在初始化过程中调用了register_symtab，全局变量就不再是开放的了；只有那<BR>些显式罗列在符号表中的符号才开放给内核。<BR> <BR>填写一个符号表是项挺复杂的工作，但内核开发人员已经写好了头文件简化这项工作。<BR>下面若干行代码演示了如何声明和开放一个符号表：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>有兴趣的读者可以看看<linux/symtab_begin.h>，但它可是内核中最难懂的头文件之一<BR>。事实上，仅想好好使用宏X的话，根本没必要读董它。<BR> <BR>由于register_symtab是在模块加载到内核后被调用的，它可以覆盖模块静态或全局声明<BR>的符号。此时，register_symtab用显式符号表替代模块默认开放的公共符号。<BR> <BR>这种覆盖是可能的，因为insmod命令处理传递给系统调用sys_init_module的全局符号表<BR>，然后在调用init_module之前注册这个符号表。因此这之后的任何一次显式调用regist<BR>er_symtab都会替换相应模块的符号表。<BR></P></FONT><FONT
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<P>er_symtab都会替换相应模块的符号表。<BR> <BR>如果你的模块不需要开放任何符号，而且你也不想把所有的东西都声明成static的，在i<BR>nit_module里加上下面一行语句就可以了。这次对register_symtab的调用通过注册一个<BR>空表覆盖了模块默认的符号表：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>如果源文件不想给堆叠在其上的模块提供什么接口，用上面那行语句隐藏所有的符号总<BR>是不错的。<BR> <BR>当模块从内 诵对厥 ，它所声明的所有公共符号也就自动?主符号表中注销了。不过是<BR>全局符号还是显式符号表，这一点都适用。<BR> <BR>初始化和终止<BR>正如前面已述，init_module向内核注册模块所能提供的所有设施。这里我使用了“设施<BR>”，我的意思是指新功能，是一整个设备驱动程序或新软件抽象，是一个可以由应用程<BR>序使用的新功能。<BR> <BR>通过调用内核函数完成新设施的注册。传递的参数通常为一个指向描述这个新设施的数<BR>据结构和要注册的设施名称。这个数据结构通常会包含一些指向模块函数的指针，这就<BR>是模块体内的函数是被调用的机制。<BR> <BR></P></FONT><FONT
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<P><BR>除了用来标别模块类别（如字符和块设备驱动程序）的“主”设施之外，模块还可以注<BR>册如下项目：<BR> <BR>其他设备<BR> <BR> 由于这类设施仅仅用于总线型鼠标，这些设备曾一度称为鼠标设备。它们都是些<BR>不完整的设备，通常要比那些功能健全的设备简单。<BR> <BR>串行端口<BR> <BR> 可以在运行时向系统里加入串口设备驱动程序；这也是支持PCMCIA调治解调器的<BR>机制。<BR> <BR>行律<BR> <BR> 行律是处理终端数据流的软件层。模块可以注册新行律，以非标准方式处理终端<BR>事务。例如，模块kmouse就使用行律从串口鼠标中偷取数据。<BR> <BR>终端设备驱动程序<BR> <BR> 终端设备驱动程序一组实现终端底层数据处理的函数。控制台和串口设备驱动程<BR>序为了创建终端设备，它们都要注册自己的驱动程序。而多端口串口则有自己的驱动程<BR></P></FONT><FONT
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<P>序为了创建终端设备，它们都要注册自己的驱动程序。而多端口串口则有自己的驱动程<BR>序。<BR> <BR>/proc文件<BR> <BR> /proc包含了用来访问内核信息的文件。由于它们也可以用来调试，第4章的“使<BR>用/proc文件系统”将讲解/proc文件。<BR> <BR>二进制文件格式<BR> <BR> 对于每个可执行文件，内核扫描“二进制文件格式”列表并按相应的格式执行它<BR>。模块可以实现新的格式，Java模块就是这样做的。<BR> <BR>Exec域<BR> <BR> 为了提供与其他流行Unix系统的兼容，必须修改内核的某些内部表格。一个“执<BR>行域”就是一组从其他操作系统约定到Linux系统的映射。例如，模块可以定义执行SCO<BR>二进制文件的执行域。<BR> <BR>符号表<BR> <BR> 这个已在前面的“注册符号表”小节中介绍了。<BR> <BR></P></FONT><FONT
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<P><BR>上面这些项目都不是前一章所考虑的设备类型，而且都支持那些通常集成到驱动程序功<BR>能中的设施，如/proc文件和行律。之所以鼠标和其他设备驱动程序都没有象“完整”字<BR>符设备那样管理，这主要是为了方便。过一会儿，当你读到第3章“字符设备”的“主从<BR>设备号”小节时，原因就明了了。<BR> <BR>还可以将模块注册为某些驱动程序的附件，但这样做就太特殊了，这里就不作讨论了；<BR>它们都使用了“注册符号表”中讲到的堆叠技术。如果你想做更深一步的探究，你可以<BR>在内核源码中查查register_symtab，并且找找不同驱动程序的入口点。大部分注册函数<BR>都是以register_开始的，这样你就可以用“register_”在/proc/ksyms找找它们了。<BR> <BR>init_module中的错误处理<BR>如果你注册时发生什么错误，你必须取消失败前所有已完成的注册。例如，如果系统没<BR>有足够内存分配新数据结构时，可能会发生错误。尽管这不太可能，但确实会发生，好<BR>的程序代码必须为处理这类事件做好准备。<BR> <BR>Linux不为每个模块保留它都注册了那些设施，因此当init_module在某处失败时，模块<BR>必须统统收回。如果你在注销你已经注册的设施时失败了，内核就进入一种不稳定状态<BR>：卸载模块后，由于它们看起来仍然是“忙”的，你再也不能注册那些设施了，而且你<BR>也无法注销它们了，因为你必须使用你注册时的那个指针，而你不太可能得到那个指针<BR>了。恢复这种情况非常复杂，通常，重新启动是最好的解决方法。<BR> <BR>我建议你用goto语句处理错误恢复。我讨厌使用goto，但以我个人来看，这是一个它有<BR></P></FONT><FONT
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<P>我建议你用goto语句处理错误恢复。我讨厌使用goto，但以我个人来看，这是一个它有<BR>所做为的地方（而且，是唯一的地方）。在内核里，通常都会象这里处理错误那样使用g<BR>oto。<BR> <BR>下面这段样例在成功和失败时都能正确执行：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>返回值（err）是一个错误编码。在Linux内核里，错误编码是一个负值，在<linux/errn<BR>o.h>中定义。如果你不使用其他函数返回的错误编码而要生成自己的，你应该包含<linu<BR>x/errno.h>，这样就可以使用诸如-ENODEV，-ENOMEM之类的符号值。总是返回相应的错<BR>误编码是种非常好的习惯，因为这样一来用户程序就利用perror或相似的方法把它们转<BR>换成有意义的字符串了。<BR> <BR>很明显，cleanup_module要取消所有init_module中完成的注册。<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>使用计数<BR>为了确定模块是否可以安全地卸载，系统为每个模块保留了一个使用计数。由于模块忙<BR>的时候是不能卸载模块的，系统需要这些信息：当文件系统还被安装在系统上时就不能<BR>删除这个文件系统类型，而且你也不能在还有程序使用某个字符设备时就去掉它。<BR> <BR></P></FONT><FONT
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<P>如果忘了更新使用计数，你就不能再卸载模块了。在开发期间这种情况很可能发生，所<BR>以你一定要牢记。例如，如果进程因你的驱动程序引用了NULL指针而终止，驱动程序就<BR>不可能区关闭设备，使用计数也就无法回复到0。一种可能的解决方法就是在调试期间完<BR>全不使用使用计数，将MOD_INC_USE_COUNT和MOD_DEC_USE_COUNT重新定义为空操作。另<BR>一个解决方法就是利用其他方法将计数强制复位为0（在第5章的“使用ioctl参数”小节<BR>中介绍）。在编写成品模块时，决不能投机取巧。然而在调试时期，有时候忽略一些问<BR>题可以节省时间，是可以接受的。<BR> <BR>使用计数的当前值可以在/proc/modules中每一项的第3个域中找到。这个文件显式系统<BR>中当前共加载了那些模块，每一项对应一个模块。其中的域包括，模块名，模块使用的<BR>页面数和当前使用计数。这是一个/proc/modules样例：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>(autoclean)标志表明模块由kerneld管理（见第11章）。较新的内核中又加入了一些新<BR>的标志，除了一件事外，/proc/modules的基本结构完全相同：在内核2.1.18和更新的版<BR>本中，长度用字节计而不是页面计。<BR> <BR>卸载<BR>要卸载一个模块就要使用rmmod命令。由于无需连编，它的任务远比加载简单。这个命令<BR>调用系统调用delete_module，如果使用计数为0它又调用模块的cleanup_module。<BR> <BR>cleanup_module实现负责注销所有由模块已经注册了的项目。只有符号表是自动删除的<BR></P></FONT><FONT
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<P>cleanup_module实现负责注销所有由模块已经注册了的项目。只有符号表是自动删除的<BR>。<BR> <BR>使用资源<BR>模块不使用资源是无法完成自己的任务的，这些资源包括内存，I/O端口和中断，如果你<BR>要用DMA控制器的话，还得有DMA通道。<BR> <BR>做为一个程序员，你一定已经习惯了内存分配管理，在这方面编写内核代码没什么区别<BR>。你的程序使用kmalloc分配内存，使用kfree释放内存。除了kmalloc多一个参数，优先<BR>级，外，它们和malloc，free很相似。很多情况下，用优先级GFP_KERNEL就可以了。缩<BR>写GFP代表“Get Free Page（获取空闲页面）。”<BR> <BR>与此不同，获取I/O端口和中断乍听起来怪怪的，因为程序员一般同用显式的指令访问它<BR>们，不必让操作系统了解这些。“分配”端口和中断与分配内存不同，因为内存是从一<BR>个资源池中分配，并且每个地址的行为是一样的；I/O端口都各有自己的作用，而且驱动<BR>程序需要在特定的端口上工作，而不能随便使用某个端口。<BR> <BR>端口<BR>对于大多数驱动程序而言，它们的典型工作就是读写端口。不管是初始化还是正常工作<BR>的时候，它们都是这样的。为了避免其他驱动程序的干扰，必须保证设备驱动程序以独<BR>占方式访问端口――如果一个模块探测因自己的硬件而写某个端口，而恰巧这个端口又<BR>是属于另一个设备的，这之后一定会发生点怪事。<BR> <BR></P></FONT><FONT
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<P><BR>为了防止不同设备间的干扰，Linux的开发者决定实现端口的请求/释放机制。然而，未<BR>授权的对端口的访问并不会产生类似于“段失效”那样的错误――硬件无法支持端口注<BR>册。<BR> <BR>从文件/proc/ioports可以以文本方式获得已注册的端口信息，就象下面的样子：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>文件中的每一项是有驱动程序锁定的范围（以十六进制表示）。在这些被释放前，其他<BR>驱动程序不允许访问这些端口。<BR> <BR>避免冲突有两个途径。首先，向系统增加新设备的用户检查/proc/ioports，然后在配置<BR>新设备使用空闲端口――这种方法假设设备可以通过跳线进行配置。然后，当软件驱动<BR>程序初始化自己时，它能自动探测新设备而对其他设备无害：驱动程序不会探测已由其<BR>他驱动程序使用的I/O端口。<BR> <BR>事实上，基于I/O注册的冲突避免对于模块化驱动程序很合适，但对于连编到内核里的驱<BR>动程序来说却可能失败。尽管我们不涉及这种驱动程序，但还是很是必要注意到，对于<BR>一个在启动时初始化自己的驱动程序来说，由于它要使用之后会被注册的端口，很可能<BR>会造成对其他设备的误配置。虽然如此，还是没有办法让一个符合规范的驱动程序与已<BR>配置好的硬件交互，除非以前加载的驱动程序不注册它的端口。基于以上原因，探测ISA<BR>设备是件很危险的事，而且如果随正式Linux内核发行的驱动程序为了因与尚未加载的模<BR></P></FONT><FONT
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<P>设备是件很危险的事，而且如果随正式Linux内核发行的驱动程序为了因与尚未加载的模<BR>块对应的设备交互，拒绝在模块加载时执行探测功能。<BR> <BR>设备探测的问题是因为只有一种方法标别设备，即通过写目标端口然后再读的方法――<BR>处理器（而且是任何程序）只能查看数据线上的电子信号。驱动程序编写者知道一旦设<BR>备连接到某个特定的端口上，它就会响应相应的查询代码。但是如果另一个设备连到了<BR>端口上，程序仍然会写这个设备，但天知道它会怎么响应这个异常的探测操作。有时可<BR>以通过读外设的BIOS，查看一个已知的字串来避免端口探测；已有若干SCSI设备使用了<BR>这种技术，但并不是每个设备都要有自己的BIOS。<BR> <BR>一个符合规范的驱动程序应该调用check_region查看是否某个端口区域已由其他驱动程<BR>序锁定，之后就用request_region将端口锁住，当驱动程序不再使用端口时调用release<BR>_region释放端口。这些函数的原型在<linux/ioports.h>中。<BR> <BR>注册端口的典型顺序如下所示（函数skull_probe_hw包含了所有设备相关代码，这里没<BR>有出现）：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>在cleanup_module里释放端口：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR></P></FONT><FONT
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<P><BR>系统也使用了一套类似的请求/释放策略维护中断，但注册/注销中断比处理端口复杂，<BR>整个过程的详细解释将放在第9章“中断处理”中介绍。<BR> <BR>与前面讲到的关于设施的注册/注销相似，对资源的请求/释放方法也适合使用已勾勒的<BR>基于goto的实现框架。<BR> <BR>对于编写PCI设备驱动程序的人来说，不存在这里所讲的探测问题。我将在第15章“外部<BR>总线简介”中介绍。<BR> <BR>ISA内存<BR>本节技术性很强，如果你对处理硬件问题不是很有把握，可以简单跳过这节。<BR> <BR>在Intel平台上，ISA槽上的目标设备可能会提供片上内存，范围在640KB到1MB之间（0xA<BR>0000到0xFFFFF）；这也是设备驱动程序可以使用的一类资源。<BR> <BR>这种内存部件反映了8086处理器那个时代，当时8086的寻址只有一兆的大小。PC设计人<BR>员决定，低端的640KB当做RAM，而保留另外的384KB用于ROM和内存映射设备。今天，即<BR>便是最强力的个人电脑也还有这个在第一兆字节里的空洞。Linux的PC版保留了这片内存<BR>，根本不考虑使用它。本节给出的代码可以让你访问这个区域的内存，但它仅限于x86平<BR>台，而且Linux内核要至少是2.0.x的，x是多少都可以。2.1版改变了物理内存的访问方<BR>式，比如，640KB-1MB这段范围内的I/O内存就不能再这样访问。访问I/O内存的正确方式<BR>是第18章“硬件管理”“低1M内的ISA内存”小节中的内容，这超出了本章的范围。<BR></P></FONT><FONT
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<P>是第18章“硬件管理”“低1M内的ISA内存”小节中的内容，这超出了本章的范围。<BR> <BR>尽管内核提供了端口和中断的请求/释放机制，当前它还是没能提供给I/O内存类似的机<BR>制，所以你得自己做了。如果我能理解Linus是如何看待PC体系结构的化，这里给的方法<BR>就不会变化了。<BR> <BR>有时某个驱动程序需要在初始化时探测ISA内存；例如，我需要告诉视频截取器（frame<BR>grabber）在哪映射截取的图象。问题是，如果没有探测方法，我将无法辨别那段范围内<BR>哪块内存正在使用。人们需要能够辨别3种不同的情况：映射了RAM，有ROM（例如，VGA<BR>BIOS），或者那段区域空闲。<BR> <BR>skull样例给出一种处理这些内存的方法，但由于skull和物理设备无关，它打印完640KB<BR>-1MB这段内存区域的信息后就退出了。然而，有必要谈一谈用于分析内存的代码，因为<BR>它必须处理一些竞争条件。竞争条件就是这样一种情形，两个任务可以竞争同一个资源<BR>，而且未同步的操作可能会损坏系统。<BR> <BR>尽管驱动程序编写者无需处理多任务，我们还是必须记住，中断可能在你的代码中间发<BR>生，而且中断处理函数可能会不提醒你就修改全局量。尽管内核提供了许多工具处理竞<BR>争条件，下面给得出的简单规则阐述了处理这个问题的方法；对这个问题的彻底对策将<BR>在第9章的“竞争条件”小节中给出。<BR> <BR>l 如果仅仅是读取共享的量，而不是写，将其声明为volatile，要求编译器不对<BR>其进行优化。这样，编译好的代码在每次源码读取它时读取这个量了。<BR></P></FONT><FONT
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<P>其进行优化。这样，编译好的代码在每次源码读取它时读取这个量了。<BR> <BR>l 如果代码需要检查和修改这个值，必须在操作期间关闭中断，这样可以防止其<BR>他进程在我们检查过这个值后，但恰恰又在我们修改这个量之前修改这个量。<BR> <BR>我们建议采用如下关闭中断的顺序：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>这里cli代表“clear interrupt flag（清除中断标志）”。上面出现的函数都定义在<a<BR>sm/system.h>中。<BR> <BR>应该避免使用经典的cli和sti序列，因为有时你无法在关闭中断前断定中断是否打开了<BR>。如果此时调用sti就是产生很不规则的错误出现，很难追踪这样的错误。<BR> <BR>由于那段内存只能通过写物理内存和读取检查才能标别，而且如果测试期间有中断的化<BR>，有可能会被其他程序修改，因此检查RAM段的代码同时利用了volatile声明和cli。下<BR>面的这段代码并不是很简单，如果一个设备正在象它的内存写数据，而这段代码又在扫<BR>描这段区域，它就会误认为这段区域是空闲区。好在这样的情况很少发生。<BR> <BR>在下面的源代码中，每个printk都带有一个KERN_INFO前缀。这个符号拼接在格式字串前<BR>面做消息的优先级，它定义在<linux/kernel.h>中。这个符号展开后与本章开始的hello<BR>..c中使用的<1>字串很相似。<BR></P></FONT><FONT
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<P>..c中使用的<1>字串很相似。<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>如果你在探测时注意恢复你所修改的字节，探测内存不会造成与其他设备的冲突。*<BR> <BR>作为一个细心的读者，你可能会知道在15MB-16MB地址域内的ISA内存是怎么回事。很不<BR>幸，那是个更棘手的问题，我们将在第8章的“1M以上的ISA内存”小节中讨论。<BR> <BR>自动和手动配置<BR>根据系统的不同，驱动程序需要了解的若干参数也会随之变化。例如，设备必须了解硬<BR>件的I/O地址或内存区域。<BR> <BR>注意，本节所讨论的大部分问题并不适用于PCI设备（第15章介绍）。<BR> <BR>根据设备的不同，除了I/O地址外，还有一些其他参数会影响系统的驱动程序的行为，如<BR>设备的品牌和发行号。驱动程序为了正确地工作有必要了解这些参数的具体值。用正确<BR>的数值设置驱动程序（即，配置它）是一项需要在初始化期间完成的复杂的任务。<BR> <BR>基本说来，有两种方式可以获得这些正确的数值：或者是用户显式地给出它们，或者是<BR>驱动程序自己探测。无疑，自动探测是最好的驱动程序配置方法，而用户配置则是最好<BR>实现的；作为驱动程序编写者的一种权衡，他应该尽可能地实现自动配置，但又允许用<BR>户配置作为一种可选的方式替代自动配置。这种配置方法的另一个好处就是，在开发期<BR></P></FONT><FONT
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<P>户配置作为一种可选的方式替代自动配置。这种配置方法的另一个好处就是，在开发期<BR>间可以给定参数，从而不用自动探测，可以在以后实现它。<BR> <BR>insmod在加载时接受命令行中给定的整数和字串值，可以给参数赋值。这条命令可以修<BR>改在模块中定义的全局变量。例如，如果你的源码中包含了这些变量：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>那么你就可以使用如下命令加载模块：<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>例子里使用了printk，它可以显式，当init_module被调用时，赋值已经发生了。注意，<BR>insmod可以给任何整型或字符指针变量赋值，不管它们是否是公共符号表中的一部分。<BR>但对于声明为数组的串是不能在加载时赋值的，因为它已经在编译时解析出来了，以后<BR>就不能修改了。<BR> <BR>自动配置可以设计为按如下方式工作：“如果配置变量是默认值，就执行自动探测；否<BR>则，保留当前值。”为了让这种方法可以工作，“默认”值应该不是任何用户可以在加<BR>载时设定的值。<BR> <BR>下面这段代码给出了skull是如何自动探测设备的端口地址的。在这个例子中，使用自动<BR>探测查找多个设备，而手动配置只限于一个设备。注意，函数skull_detect在上面已经<BR></P></FONT><FONT
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<P>探测查找多个设备，而手动配置只限于一个设备。注意，函数skull_detect在上面已经<BR>给出了，而skull_init_board负责完成设备相关的初始化工作，这里没有给出。<BR> <BR>（代码）<BR> <BR>为了方便用户在insmod命令行中给出相应的参数，而且如果这些符号不会放到主符号表<BR>中的话，实际使用的驱动程序可以去掉配置变量的前缀（在本例中就是skull_）。如果<BR>它们确实要放到主符号表中，好的办法就是声明两个符号：一个没有前缀，在加载时赋<BR>值，一个有前缀，用register_symtab放到符号表中。<BR> <BR>在用户空间编写驱动程序<BR>到现在为止，一个首次接触内核问题的Unix程序员困难会对编写模块非常紧<BR>--<BR> <BR><FONT
color=#00ff00>※ 来源:．华南网木棉站 bbs.gznet.edu.cn．[FROM: 202.38.196.234]</FONT><BR>--<BR><FONT
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