Linux 內核模組開發入門：Hello World 到參數傳遞、符號導出與模組生命週期

內核模組是動態載入的內核代碼，運行在內核態（Ring 0），具有完全硬件訪問權限。本文從最小模組入手，涵蓋 Makefile、編譯載入、初始化/清理、用戶態交互、符號導出、版本依賴等核心知識點。

最小內核模組：Hello World

源碼 hello.c

#include 
#include 

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_AUTHOR("Developer");
MODULE_DESCRIPTION("Minimal kernel module");

static int __init hello_init(void) {
    printk(KERN_ALERT "HELLO WORLD\n");
    return 0;  // 非 0 表示初始化失敗，模組不會被載入
}

static void __exit hello_exit(void) {
    printk(KERN_ALERT "GoodBye\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

關鍵點解析

• __init：標記初始化函數，載入後釋放其代碼段內存（.init.text 區）
• __exit：標記清理函數，僅在模組移除時調用，內建內核時被優化掉
• printk：內核打印，級別 KERN_ALERT 等，輸出至內核環形緩衝區（dmesg 查看）
• MODULE_LICENSE：聲明許可證，專有許可會污染內核（tainted），影響技術支援

Makefile：內核建構系統整合

obj-m := hello.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build

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

clean:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
	rm -f *.ko *.o *.mod.* *.symvers *.order

機制：KERNELRELEASE 變量區分內核樹建構 vs 外部建構。modules 目標觸發模組編譯並生成 .ko。

編譯、載入、驗證、卸載

# 編譯（需內核頭文件包：kernel-devel / linux-headers-$(uname -r)）
make

# 載入（需 root）
insmod hello.ko
dmesg -T | tail -2   # 查看輸出

# 列出已載入模組
lsmod | grep hello

# 卸載
rmmod hello
dmesg -T | tail -1

模組參數：用戶態傳遞配置

static char *whom = "world";
static int count = 1;
module_param(whom, charp, 0644);
module_param(count, int, 0644);
MODULE_PARM_DESC(whom, "Greeting target");
MODULE_PARM_DESC(count, "Repeat count");

static int __init hello_init(void) {
    for (int i = 0; i < count; i++)
        printk(KERN_ALERT "Hello, %s!\n", whom);
    return 0;
}

載入時傳參：insmod hello.ko whom="kernel" count=3

符號導出：模組間共享

// 導出函數/變量供其他模組使用
EXPORT_SYMBOL(my_function);
EXPORT_SYMBOL_GPL(my_gpl_function);  // 僅 GPL 模組可用

依賴關係：modprobe 會自動解析 modules.dep 載入依賴模組；insmod 不會。

版本依賴與 vermagic

• 模組必須對目標內核版本重新編譯
• 編譯時鏈接 vermagic.o，嵌入內核版本、GCC 版本、配置選項（CONFIG_SMP、CONFIG_PREEMPT 等）
• modinfo hello.ko | grep vermagic 查看
• 強制載入（極不推薦）：insmod --force 或修改 vermagic 字符串

用戶空間 vs 內核空間

當前進程上下文

模組代碼多在進程上下文執行（系統調用、文件操作、ioctl）。獲取當前 task_struct：

#include 
struct task_struct *task = current;  // 宏展開為 get_current()
printk("PID: %d, Comm: %s\n", task->pid, task->comm);

常用工具鏈

• insmod/rmmod/lsmod/modinfo：基礎操作
• modprobe：智能載入（解析依賴）
• dmesg -T / journalctl -k：內核日誌
• cat /proc/modules：模組列表（lsmod 來源）
• trace-cmd / perf：動態追蹤

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