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嵌入式 linux下的模块加载详解

2019-07-12 16:28发布

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一、什么是modules？
　　modules 的字面意思就是模块，在此指的是 kernel modules；简单来说，一个模块提供了一个功能，如isofs、minix、nfs、lp等等。传统来讲，模块化有两个方法解决：设计者可以把各项功能分离到单独的叫做线程的处理中去，或者是将内核以包含/排除一些功能的方式重新编译。如果把功能分离到线程中去，那么内核就叫做“微内核”(micro-kernel)，这种解决方法增加了线程间协调工作的通信开销。就象名字暗示的那样，这种解决方案的优点在于内核的大小。
　　Linux的解决方案是包含内核模块，这些模块是可以按需要随时装入和卸下的。这样做可以使得内核的大小和通信量都达到最小。将模块从内核中独立出来，不必预先『绑』在kernel codes 中。这样做有三种优点： 第一， 将来修改 kernel时，不必全部重新compile，可节省不少时间；第二， 若需要安装新的 modules ，不必重新 compilekernel，只要插入 (通过insmode指令) 对应的 modules即可；第三，减少内核对系统资源的占用，内核可以集中精力做最基本的事情，把一些扩展功能都交由modules实现。
　　模块也可以用来尝试新的内核代码而不需要每次都创建和重激活内核。但是，这样做带来的问题是：使用内核模块通常会轻微的增加性能和内存开支。一个可加载模块肯定会产生更多的代码，这种代码和额外的数据结构会占用更多一点的内存。另外因为间接访问内核资源也让模块的效率轻微降低。
　　模块化的思想已经被广泛接受，主要的原因在于它可以扩展系统的功能，用户可以灵活的配置系统。Apache也采取了这种功能扩展方式，在本文中主要讨论是内核的模块安装与卸载，Apache模块的安装请参照Apapce的相关文档。
二、如何加载模块？
　　加载内核模块的方法有两种。第一种使用insmod命令手工把它插入到内核。另一个更智能的方法是在需要的时候加载这个模块︰这叫做按需加载（demandloading）。当内核发现需要一个模块的时候，例如当用户安装一个不在内核的文件系统的时候，内核会请求内核守护进程（kerneld）试图加载合适的模块。说到这里就不能不提到内核守护进程kerneld了，它非常的聪明，能够主动的把您需要的modules自动插入 kernel，将没用到的 module从kernel中清退。Kerneld由两个独立的部分构成：一部分工作于Linux的内核，负责向daemon发送请求；另一部分工作于系统的用户数据区，负责调入由内核请求指定的modules。若少了这个kerneld，就只能通过手工的方式,用insmode或modeprobe命令进行加载。

三、modules的相关命令介绍
与modules有关的命令有：
lsmode :列出已经被内核调入的模块
insmode:将某个module插入到内核中
modeprobe:将某个module加载到内核中
rmmod：将某个module从内核中卸载
depmod: 生成依赖文件，告诉将来的 insmod 要从哪儿调入modules。这个依赖文件就在/lib/modules/[您的kernel版本]/modules.dep。
Kerneld：负责自动的将模块调入内核和把模块从内核中卸载。 modeprobe和insmode都可以安装库，但是,modeprobe会议靠分析库之间的依赖关系，然后又先后顺序的加载必需的库，然后再加载当前的库，而insmode就只会加载你所制定的这个库，一旦他有一些依赖关系，那么你就无从下手了，会出错的。 库之间的依赖关系并不是modeprobe自己检测出来的，是depmode检测书来的，并写在了类似/lib/modules/2.6.xx/modules.dep得文件里面了。 而/etc/conf.modules或者/etc/modules.conf文件里面描述了一些库的别名，加载库之前/之后要执行的命令，或者库之间的先后依赖关系，以及在加载库的时候提供的参数等信息，还可以制定一些路径作为加载某种库的时候的搜索路径。但是有个问题，depmode是通过读取/etc/modules.conf文件来获取库之间的依赖关系的么？应该说可以肯定的是/etc/modules.conf会对modeprobe和depmode的行为有影响，如对库的搜索路径就有影响。 /etc/modules.conf会影响depmode和modeprobe，而depmode的结果又会为modeprobe所用。 下面是对/etc/modules.conf的几个简单常用的statement： 1. alias iso9660 isofs是我们可以用insmode iso9660来代替isofs，这样可以使用更为易懂的名字。 2. define VARIABLEWORD可以定义VARIABLE=WORD，即将其加入环境变量中，这个变量在整个session有效。 3. includePATH_TO_CONFIG_FILE
可以include别的config文件。结合if else命令可以做到有条件的include,从而提高移植性。 4.insmod_opt=GENERIC_OPTIONS_TO_INSMOD
如果你需要为每次insmode的调用都提供一些公用的option，就可以加在这里。 5.path[TAG]=A_PATH
path里面记录了一些路径，我们可以加上个tag来讲路径分类，比如boot相关的库的路径就可以用path[boot]来制定，这样我们再modeprobe的时候就可以这样一下加载boot目录下的所有库： modprobe -tnet
Load one of the modules that are stored in the directorytagged
"net". Each module are tried until one succeeds.

modprobe -a -t boot
All modules that are stored in directories tagged "boot" willbe
loaded. 6. [add] probe namemodule_list

[add] probeall namemodule_list 意思不是很清楚，基本上就是说，当要加载name时，就在module_list里面一个一个加载，第一种会在找到一个成功加载之后停止，第2中知道把所有的加载一个遍。add的含义不是很清楚。 7。[add] above modulemodule_list [add] below modulemodule_list
上述2个就是指明了module和module_list里的所有module之间的依赖顺序，这个可以具体察看man手册。linux采用了modulestack的概念来描述加载的先后顺序。 8.下面几种是在加载库，卸载库前后要执行commande的情况。
pre-install modulecommand
Execute command before installing the specified module.See the
below directive as well.
install module command
Execute command instead of the defaultinsmod when installing
the specified module.
post-install module command
Execute command after installing the specified module. Seethe
above directive as well.
pre-remove module command
Execute command before removing the specified module. Seethe
above directive as well.
remove module command
Execute command instead of the default (built-in)rmmod when
removing the specified module.
post-remove module command
 9。此外，在etc/modules.conf里面是可以使用shell的原字符的，meta-character，如可以使用`command`。
四、编译一个最小的Linux内核
　　模块一般用来支持那些不经常使用的功能。例如，通常情况下你仅使用拨号网络，因此网络功能并不是任何时候都需要的，那么就应该使用可装入的模块来提供这个功能。仅在你进行拨号联接的时候，该模块才被装入。而在你断掉连接的时候它会被自动卸下。这样会使内核使用内存的量最小，减小系统的负荷。
　　当然，那些象硬盘访问这样时时刻刻都需要的功能，则必须作在内核里。如果你搭一台网络工作站或web服务器，那么网络功能是时刻都需要的，你就应该考虑把网络功能编译到内核里。另外一个方法是在启动的时候就装入网络模块。这种方法的优点是你不需要重新编译内核。而缺点是网络功能不能特别高效。
　　按照以上的原则，我们首先列出一张清单，看看 kernel中哪些选项是非有不可的，也就是说，这些东西是必须被编译到内核中的。将那些非必需的模块剔除到内核以外。
　　第一个是root所在的硬盘配置。哪果您的硬盘是IDE接口，就把 ide 的选项标记下来。如果是SCSI接口，请把您的接口参数及SCSI id 记标下来。
　　第二个是选择使用哪一个文件系统。Linux的默认文件系统是是 ext2，那么就一定要把它标记下来。如果机器中还其它的操作系统，如win98或windowsNT，您还会可能选择FAT32或NTFS的支持，不过后面你可以通过手工加载的方式来加入新的模块支持。
　　第三个是选择Linux所支持的可执行文件格式。这里有两种格式可供选择：
　　elf：这是当前Linux普遍支持的可执行文件格式，必须编译到内核中 。
　　a.out：这是旧版的Linux的可执行文件各函数库的格式，如果你确认肯定用不到这种格式的可执行文件，那么就可以不把它编译到内核当中。
　　以上这些内容，是必须要编译到内核中的。其它的内容凡是所有选项中m提示的，都选择m，这样可以通过手工的方式添加该模块。

** Loadable module support*Enable loadable module support(CONFIG_MODULES) [Y/n/?]Set version
information on all symbols for modules (CONFIG_MODVERSIONS)[N/y/?]Kernel daemon support (e.g.
autoload of modules) (CONFIG_KERNELD) [Y/n/?]

　　分别回答 Y,N,Y 。其中 CONFIG_KERNELD 的 default 值是 N， 所以要注意选择Y。
　　 make config 完后，仍旧是 make dep; make clean。
　　 接下来要 make zlilo 或 make zImage。
　　然后 make modules ; make modules_install。完成之后，就编译出一个没有调入多余模块的一个“干净的”内核映像文件了。

五、如何手工加载Modules？
　　如果要以手工的方式加载模块, 建议最好使用 modprobe, 因为它可以解决模块之间的依赖性问题，以声卡的部分来说，以soundblaster 为例其总共有以下模块：
sb 33652 0 (autoclean)
uart401 6160 0 (autoclean) [sb]
sound 56492 0 (autoclean) [sb uart401]
soundcore 2372 5 (autoclean) [sb sound]

　　这些模块都要加载上来，整个声卡才能工作，而且它们之间是有依赖性关系的。最核心的 soundcore必须首先装入,最后装入sb。但一般人是不知道其先后顺序的。因此， modprobe 就是用来解决这个问题用的。
　　通常我们只要
modprobe sb
　　它就会自动的找出 sb 用到的所有的模块, 将它们一一 的加载进来，故一般使用者就不用去伤脑筋了。
　　那么内核是怎么知道这些模块间的依赖性关系的呢？原来，在系统启动脚本里有一条'depmod-a'命令，会给系统中的所有可用的模块创建一个依赖关系的列表。而 'modprobemodule-name'会使用这个列表，在装入指定的模块前先装入那些事先装入的模块。如果在这个从属列表中找不到'module-name'的话，它会给出相应的出错信息。
　　但若使用 insmod, 它可不会自动完成其它模块的调入。比如说，我们要加入PPP模块，用这个命令：
root/root>insmod ppp
root/root>

　　如果操作成功，系统出现操作提示符。如果没有成功，可能出现下列信息：
/lib/modules/2.2.10/net/ppp.o: unresolved symbolslhc_init_Rsmp_1ca65fca
/lib/modules/2.2.10/net/ppp.o: unresolved symbolslhc_compress_Rsmp_cfd3a418
/lib/modules/2.2.10/net/ppp.o: unresolved symbolslhc_free_Rsmp_b99033d9
/lib/modules/2.2.10/net/ppp.o: unresolved symbolslhc_toss_Rsmp_a152cec0
/lib/modules/2.2.10/net/ppp.o: unresolved symbolslhc_remember_Rsmp_07972313
/lib/modules/2.2.10/net/ppp.o: unresolved symbolslhc_uncompress_Rsmp_3bb36b01
[root /root]#
　　这说明，PPP模块没有加载成功，错误提示中的unresolvedsymbol说明，PPP模块所需要的一些模块还没有载入。错误提示第一行的内容是：slhc_init_Rsmp_1ca65fca，这是哪个模块？这其中可能需要一些经验来做判断，它是以slhc开头的，就试试slhc吧。
root/root>insmod slhc 一切正常，然后我们再加载PPP模块
root/root>insmod ppp
root/root>
　　这回没有什么返回信息，说明PPP模块加载成功了。

六、从内存中卸载一个Modules
　　要卸载一个模块，首先用lsmod看看该模块是否确实已经加载上来，然后再做操作。除此之外，在碰到有依赖关系的模块时，从内核中卸载模块的过程与载入的过程恰好相反，它遵循“firstin last out“的准则，即在一系列有依赖关系的模块中，必须先卸载最后加载进来的模块，最后卸载最先加载进来的模块。比如：如果要用rmmod 移除正在使用中的模块(如上例，要卸载slhc, 但仍有PPP模块在使用它)会出现错误提示：Device orresource busy 。所以，在将PPP模块从内存中卸载后，才可能将slhc模块从内存中卸载。

　　总之，在卸载模块时，对于可能出现的模块间依赖性问题，Linux会给你提示足够的信息，仔细查看这些信息，是能够为你采取相应的操作并最终解决问题提供帮助的。

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