探究Linux內核模組的奧秘

Linux作業系統中，核心是最核心的部分，它控制著電腦硬體和軟體的互動。而核心模組則是核心中的一個重要概念，它可以在運行時被動態載入到核心中，從而擴展核心的功能。在本文中，我們將深入探討Linux核心模組的工作原理和構成，並介紹如何撰寫自己的核心模組。

Linux核心模組化設計

1. Linux核心設計：單一核心、模組化(動態載入與卸載)

#(1) Linux：單核心設計，但充分借鑒了微核心體系的設計的優點；為核心引入了模組化機制；
(2) 內核的組成部分：
kernel：核心核心，一般為bzImage格式，通常位於/boot目錄，名稱為vmlinuz-VERSION-release；
當系統啟動之後該檔案就不在使用，因為已經載入到內存，放置/boot下方便管理
kernel object：核心模組，一般放置於/lib/modules/VERSION-release/
核心模組與核心核心版本一定要嚴格匹配；

2.核心模組：編譯選擇模式

[ ]：N，不編譯此部分
[M]：Module ，以模組化編譯，可以暫時裝載，佔用磁碟空間，不佔用核心空間
[*]：Y，編譯進核心核心，可以直接呼叫

3.ramdisk：輔助性文件，並非必須，取決於核心是否能直接驅動rootfs所在的設備

ramdisk：一個簡裝版的根檔案系統，可提供的驅動如下：
目標設備驅動，例如SCSI設備的驅動；
邏輯設備驅動，例如LVM設備的驅動；
檔案系統，例如xfs檔案系統；

核心模組資訊取得與管理指令

1.ldd：列印二進位應用程式所依賴的庫檔案-print shared library dependencies

#格式：ldd [OPTION]… FILE…
顯示：
\1) 所依賴函式庫檔案名稱 => 所依賴 函式庫檔案路徑 (對應記憶體載入符號連結映射指向)
\2) 整個系統呼叫函式庫的入口

linux-vdso.so.1 => (0x00007fff293fe000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f0228073000)

2.uname：核心資訊取得 -print system information

#格式：uname [OPTION]…
uname -a：顯示內核所有資訊
uname -v：核心的編譯版本號碼
uname -r：核心的release發行號碼
uname -n：主機名稱

#3.lsmod：列出核心模組

顯示的核心來自於/proc/modules
模組名，大小，被引用的次數、被什麼引用

#4.modinfo指令：顯示指定的模組的詳細資訊

#格式：modinfo [-F field] [-k kernel] [modulename|filename…] -k kernel：多核心並存時若要查詢另外一個kernel上的模組資訊
-F field： 僅顯示指定欄位的資訊；
-n：顯示檔案路徑；
透過讀取/lib/modules/
#/*檔案的原始資料來顯示相關資訊

顯示內容：檔案名稱、協定、描述、作者、別名、適用於RHEL版本號、依賴的模組、簽章單位、簽章、加密演算法

5.modprobe：實作模組的裝載與卸載，同時會掛載依賴的模組

#格式：modprobe [-r] module_name
模組的動態載入：modprobe module_name
動態卸載：modprobe -r module_name 注意：預設被裝載的模組不要隨意卸載

6.depmod：- Generate modules.dep and map files

核心模組依賴關係檔案和系統資訊映射檔案的生成工具；

7.insmod、rmmod：模組的裝載與卸載，無法自動解決模組依賴關係

#insmod [filename] [module options…] filename：模組檔案的檔案路徑； rmmod [module_name]

ramdisk檔案的管理

1.mkinitrd(CentOS 5)：為目前使用中的核心重新製作ramdisk檔案

# mkinitrd [OPTION…] [] –with=：除了預設的模組之外需要裝載至initramfs中的模組；

–preload=：initramfs所提供的模組需要預先裝載的模組；

範例： ~]# mkinitrd /boot/initramfs-(uname -r)

2.dracut(CentOS 6/7 , 相容5)： – low-level tool for generating an initramfs image

#### dracut [OPTION…] [ []] 範例： ~]# dracut /boot/initramfs-(uname -r)###

核心資訊輸出偽檔案系統

1./proc：核心狀態和統計資訊的輸出接口；還提供一個配置接口，/proc/sys

(1)參數：
# 唯讀：資訊輸出；例如/proc/#/,進程相關資訊

可寫入：可接受使用者指定一個「新值」來實現對核心某功能或特性的配置；/proc/sys/
格式： /proc/sys: net/ipv4/ip_forward 相當於 net.ipv4.ip_forward

(2)修改參數方式
# \1) sysctl指令
專用於檢視或設定/proc/sys目錄下參數的值； sysctl [options] [variable[=value]] 查看：# sysctl -a;# sysctl variable
# 修改其值：# sysctl -w variable=value
\2) 檔案系統指令（cat, echo)
檢視：# cat /proc/sys/PATH/TO/SOME_KERNEL_FILE
設定：# echo “VALUE” > /proc/sys/PATH/TO/SOME_KERNEL_FILE
\3) 設定檔：/etc/sysctl.conf, /etc/sysctl.d/.conf
立即生效的方式：sysctl -p [/PATH/TO/CONFIG_FILE]

(3)重要的核心參數
net.ipv4.ip_forward：核心轉送；
vm.drop_caches：
kernel.hostname：主機名稱；
net.ipv4.icmp_echo_ignore_all：忽略所有ping操作；

2./sys目錄：Kernel 2.6版本後引入

sys檔案系統：輸出核心辨識出的各硬體設備的相關屬性訊息，也有核心對硬體特性的可設定參數；
對此些參數的修改，即可自訂硬體設備工作特性；

# udev：透過讀取/sys目錄下的硬體設備資訊按需為各硬體設備建立設備檔案；
udev是使用者空間程式；專用工具：devadmin, hotplug；
udev為裝置建立裝置檔案時，會讀取其事先定義好的規則檔案
一般在/etc/udev/rules.d/目錄下，以及/usr/lib/udev/rules.d/目錄下；

總結一下，核心模組是Linux核心中非常重要的組成部分，能夠為核心提供豐富的擴充功能，並幫助使用者更好地適應特定的硬體或應用場景。在使用內核模組時，需要注意不要破壞內核的穩定性和安全性，建議僅在必要的情況下使用和編寫內核模組。相信本文的內容能夠幫助讀者更能理解並應用Linux核心模組。

以上是探究Linux內核模組的奧秘的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！