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深入学习Linux内核模块

什么是 Linux 内核模块?

        内核模块是可以根据需要加载到内核中或从内核中卸载的代码块,因此无需重启就可以扩展内核的功能。事实上,除非用户使用类似 lsmod 这样的命令来查询模块信息,否则用户不太可能知道内核发生的任何变化。

需要知道的重要一点是,在你的 Linux 系统上总会有很多可用的模块,并且如果你可以深入其中了解到很多细节。

  lsmod 的主要用途之一是在系统不能正常工作时检查模块。然而,大多数情况下,模块会根据需要加载的,而且用户不需要知道它们如何运作。

显示内核模块

        显示内核模块最简单的方法是使用 lsmod 命令。虽然这个命令包含了很多细节,但输出却是非常用户友好。

$ lsmodModule                  Size  Used bysnd_hda_codec_realtek 114688  1snd_hda_codec_generic  77824  1 snd_hda_codec_realtekledtrig_audio          16384  2 snd_hda_codec_generic,snd_hda_codec_realteksnd_hda_codec_hdmi     53248  1snd_hda_intel          40960  2snd_hda_codec         131072  4 snd_hda_codec_generic,snd_hda_codec_hdmi,snd_hda_intel                                ,snd_hda_codec_realteksnd_hda_core           86016  5 snd_hda_codec_generic,snd_hda_codec_hdmi,snd_hda_intel                                ,snd_hda_codec,snd_hda_codec_realteksnd_hwdep              20480  1 snd_hda_codecsnd_pcm               102400  4 snd_hda_codec_hdmi,snd_hda_intel,snd_hda_codec,snd_hda                                _coresnd_seq_midi           20480  0snd_seq_midi_event     16384  1 snd_seq_mididcdbas                 20480  0snd_rawmidi            36864  1 snd_seq_midisnd_seq                69632  2 snd_seq_midi,snd_seq_midi_eventcoretemp               20480  0snd_seq_device         16384  3 snd_seq,snd_seq_midi,snd_rawmidisnd_timer              36864  2 snd_seq,snd_pcmkvm_intel             241664  0kvm                   626688  1 kvm_intelradeon               1454080  10irqbypass              16384  1 kvmjoydev                 24576  0input_leds             16384  0ttm                   102400  1 radeondrm_kms_helper        180224  1 radeondrm                   475136  13 drm_kms_helper,radeon,ttmsnd                    81920  15 snd_hda_codec_generic,snd_seq,snd_seq_device,snd_hda                                 _codec_hdmi,snd_hwdep,snd_hda_intel,snd_hda_codec,snd                                 _hda_codec_realtek,snd_timer,snd_pcm,snd_rawmidii2c_algo_bit           16384  1 radeonfb_sys_fops            16384  1 drm_kms_helpersyscopyarea            16384  1 drm_kms_helperserio_raw              20480  0sysfillrect            16384  1 drm_kms_helpersysimgblt              16384  1 drm_kms_helpersoundcore              16384  1 sndmac_hid                16384  0sch_fq_codel           20480  2parport_pc             40960  0ppdev                  24576  0lp                     20480  0parport                53248  3 parport_pc,lp,ppdevip_tables              28672  0x_tables               40960  1 ip_tablesautofs4                45056  2raid10                 57344  0raid456               155648  0async_raid6_recov      24576  1 raid456async_memcpy           20480  2 raid456,async_raid6_recovasync_pq               24576  2 raid456,async_raid6_recovasync_xor              20480  3 async_pq,raid456,async_raid6_recovasync_tx               20480  5 async_pq,async_memcpy,async_xor,raid456,async_raid6_re                                covxor                    24576  1 async_xorraid6_pq              114688  3 async_pq,raid456,async_raid6_recovlibcrc32c              16384  1 raid456raid1                  45056  0raid0                  24576  0multipath              20480  0linear                 20480  0hid_generic            16384  0psmouse               151552  0i2c_i801               32768  0pata_acpi              16384  0lpc_ich                24576  0usbhid                 53248  0hid                   126976  2 usbhid,hid_generice1000e                245760  0floppy                 81920  0

在上面的输出中:

  • Module 显示每个模块的名称

  • Size 显示每个模块的大小(并不是它们占的内存大小)

  • Used by 显示每个模块被使用的次数和使用它们的模块

显然,这里有很多模块。加载的模块数量取决于你的系统和版本以及正在运行的内容。我们可以这样计数:

$ lsmod | wc -l67

要查看系统中可用的模块数(不止运行当中的),试试这个命令:

$ modprobe -c | wc -l41272

与内核模块相关的其他命令

Linux 提供了几条用于罗列、加载及卸载、测试,以及检查模块状态的命令。

  • depmod —— 生成 modules.dep 和映射文件

  • insmod —— 一个往 Linux 内核插入模块的程序

  • lsmod —— 显示 Linux 内核中模块状态

  • modinfo —— 显示 Linux 内核模块信息

  • modprobe —— 添加或移除 Linux 内核模块

  • rmmod —— 一个从 Linux 内核移除模块的程序

显示内置的内核模块

        正如前文所说,lsmod 命令是显示内核模块最方便的命令。然而,也有其他方式可以显示它们。modules.builtin 文件中列出了所有构建在内核中的模块,在 modprobe 命令尝试添加文件中的模块时会使用它。注意,以下命令中的 $(uname -r) 提供了内核版本的名称。

$ more /lib/modules/$(uname -r)/modules.builtin | head -10kernel/arch/x86/crypto/crc32c-intel.kokernel/arch/x86/events/intel/intel-uncore.kokernel/arch/x86/platform/intel/iosf_mbi.kokernel/mm/zpool.kokernel/mm/zbud.kokernel/mm/zsmalloc.kokernel/fs/binfmt_script.kokernel/fs/mbcache.kokernel/fs/configfs/configfs.kokernel/fs/crypto/fscrypto.ko

你可以使用 modinfo 获得一个模块的更多细节,虽然没有对模块提供的服务的简单说明。下面输出内容中省略了冗长的签名。

$ modinfo floppy | head -16filename:       /lib/modules/5.0.0-13-generic/kernel/drivers/block/floppy.koalias:          block-major-2-*license:        GPLauthor:         Alain L. Knaffsrcversion:     EBEAA26742DF61790588FD9alias:          acpi*:PNP0700:*alias:          pnp:dPNP0700*depends:retpoline:      Yintree:         Yname:           floppyvermagic:       5.0.0-13-generic SMP mod_unloadsig_id:         PKCS#7signer:sig_key:sig_hashalgo:   md4

你可以使用 modprobe 命令加载或卸载模块。使用下面这条命令,你可以找到特定模块关联的内核对象:

$ find /lib/modules/$(uname -r) -name floppy*/lib/modules/5.0.0-13-generic/kernel/drivers/block/floppy.ko

如果你想要加载模块,你可以使用这个命令:

$ sudo modprobe floppy

总结

        很明显,内核模块的加载和卸载非常重要。它使得 Linux 系统比使用通用内核运行时更加灵活和高效。这同样意味着你可以进行重大更改而无需重启,例如添加硬件。

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