Linux: Полное руководство

int init_module {
 printk("My module: Starting...\n");
 return 0;
}

void cleanup_module {
 printk("My module: Stopping...\n");
 return 0;
}

28.2. Компиляция модуля

Компилировать мы будем файл module.c. Для этого понадобится установленный компилятор gcc, заголовочные файлы и исходные тексты ядра. Если вы дочитали книгу до этой главы, то у вас уже должны быть установлены пакеты:

1. cpp — препроцессор cpp;

2. binutils — набор различных утилит (as, gprof, ld);

3. glibc-kerheaders — заголовочные файлы ядра;

4. glibc-devel — вспомогательные файлы для разработки приложений с использованием стандартной библиотеки С;

5. gcc — компилятор gcc.

Осталось установить пакет kernel-source — исходные тексты ядра Linux. Кроме того, нужно убедиться, что ваше ядро поддерживает динамически загружаемые модули (п. 20.3.2.3). Если опция Enable loadable module support выключена, ее нужно включить, сохранить файл конфигурации ядра и перекомпилировать ядро.

Компилятор gcc нужно вызвать со множеством опций, поэтому для облегчения себе работы мы напишем make-файл (п. 21.2):

Листинг 28.5. Makefile для сборки модуля

CC=gcc
PATH=/usr/include /usr/src/linux-2.4/include
MODFLAGS:= -O3 -Wall -DLINUX -D__KERNEL__ -I$(PATH)
module.o: module.с
$(CC) $(MODFLAGS) -c module.с

Опции компилятора означают следующее:

♦ O3: будет использован третий уровень оптимизации (что это такое, вы узнаете в справочной системе gcc: man gcc);

♦ Wall: включаем все предупреждения;

♦ DLINUX: генерируем код для Linux;

♦ I$(РАТН): определяем путь поиска заголовочных файлов. По умолчанию компилятор ищет файлы заголовков в каталоге /usr/include, но там может и не быть нужных файлов. Например, для дистрибутива ALT Linux (ядро 2.4.21) файлы заголовков находятся в каталоге /usr/include/linux-2.4.21rel-std-up.

Поместите make-файл в тот же каталог, где находится module.c, и выполните команду make. После ее выполнения вы получите файл module.o, который будет находиться в том же каталоге.

# insmod module.o

Вы увидите сообщение My module: Starting... Это же сообщение будет записано в файл протокола /var/log/messages.

28.3. Работа с устройствами

Мы только что написали модуль ядра, который можно установить, удалить, который выводит сообщения, но ничего полезного он не делает. Усложним нашу задачу: напишем модуль, управляющий некоторым устройством /dev/device. Данного устройства в нашей системе нет, поэтому нам его нужно создать, но этим мы займемся чуть позже.

Перед тем, как приступить к написанию драйвера устройства, нужно поговорить о самих устройствах. Устройства бывают трех типов:

♦ Символьные: чтение и запись устройства выполняются посимвольно. Примером такого устройства может послужить последовательный порт.

♦ Блочные: чтение и запись устройства выполняются блоками, как правило, по 512 или 1024 байта. Самый яркий пример блочного устройства — жесткий диск.

♦ Сетевые: файлов этих устройств вы не найдете в каталоге /dev, поскольку использование файловой системы, то есть работа с этими устройствами как с файлами, неэффективно. Пример — сетевая карта (ethX).

Существуют устройства, которые нельзя отнести ни к одному типу, поскольку они не принимают и не передают данные. Пример: RTC (Real Time Clock).

Чтобы сделать устройство доступным для системы и пользовательских программ, нужно его зарегистрировать. В заголовочном файле fs.h определены функции для регистрации символьных и блочных устройств. Все они начинаются с префикса register. Наше устройство будет символьным, поэтому для его регистрации мы будем использовать функцию register_chrdev. Вот ее прототип:

extern int register_chrdev(unsigned int, const char *,
 struct file_operations *);

Первый аргумент — это старший номер (major number) устройства, определяющий его тип. Если старший номер равен 0, то функция возвратит свободный старший номер для устройства нашего вида (символьное устройство).

Чтобы понять, для чего нужен старший номер, вспомним каталог /dev, содержащий файлы устройств. Файл /dev/tty1 — это терминал с номером 1. Старший номер определяет тип устройства — терминал (tty), а младший — его номер в системе (1). Человеку проще работать не с номерами. а с символьными именами устройств, поэтому каждому старшему номеру соответствует символьное обозначение.

При регистрации устройства нужно указать его тип — старший номер устройства. Но для этого нужно знать, какие номера свободны. Проще всего указать первым аргументом 0 — тогда функция возвратит первый свободный старший номер символьного устройства для вашей системы. Если старший номер указать явно, может возникнуть конфликт номеров, и наше устройство не будет зарегистрировано.

Второй параметр определяет имя устройства («device»). Последний параметр очень важен. Это структура указателей на функции для работы с нашим устройством. Наш модуль содержит таблицу доступных функций, а операционная система вызывает нужную функцию, когда пользовательской программе нужно выполнить операцию с файлом устройства (открытие/закрытие, чтение/запись). Таблица функций символьного устройства хранится в структуре file_operations, которая передается при регистрации устройства.

После регистрации драйвера устройства происходит поиск устройств данного типа. Причем этот поиск должен произвести сам модуль. Для простоты будем считать, что у нас всего два устройства. Нам нужно создать эти два устройства, предварительно вычислив старший номер устройства. Напишем модуль, который помимо регистрации устройства выводил бы его старший номер — потом мы его будем использовать при создании устройства.

Листинг 28.6. Драйвер устройства /dev/device (без структуры file_operations)

#define MODULE
#define __KERNEL__
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h> // регистрация устройств
#include <linux/ioport.h> // работа с портами ввода/вывода
#include <linux/sched.h> // резервирование прерывания

// Имя нашего устройства