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[22806] 2014-06-24_黑客内核：编写属于你的第一个Linux内核模块

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2014-06-24_黑客内核：编写属于你的第一个Linux内核模块 黑 客 内 核 ： 编 写 属 于 你 的 第 一 个 L i n u x 内 核 模 块 L i n u x 中 国   2 0 1 4 - 0 6 - 2 4 曾 经 多 少 次 想 要 在 内 核 游 荡 ？ 曾 经 多 少 次 茫 然 不 知 方 向 ？ 你 不 要 再 对 着 它 迷 惘 ， 让 我 们 指 引 你 走 向 前 方 … … 内 核 编 程 常 常 看 起 来 像 是 黑 魔 法 ， 而 在 亚 瑟   C   克 拉 克 的 眼 中 ， 它 八 成 就 是 了 。 L i n u x 内 核 和 它 的 用 户 空 间 是 大 不 相 同 的 ： 抛 开 漫 不 经 心 ， 你 必 须 小 心 翼 翼 ， 因 为 你 编 程 中 的 一 个 b u g 就 会 影 响 到 整 个 系 统 。 浮 点 运 算 做 起 来 可 不 容 易 ， 堆 栈 固 定 而 狭 小 ， 而 你 写 的 代 码 总 是 异 步 的 ， 因 此 你 需 要 想 想 并 发 会 导 致 什 么 。 而 除 了 所 有 这 一 切 之 外 ， L i n u x 内 核 只 是 一 个 很 大 的 、 很 复 杂 的 C 程 序 ， 它 对 每 个 人 开 放 ， 任 何 人 都 去 读 它 、 学 习 它 并 改 进 它 ， 而 你 也 可 以 是 其 中 之 一 。 学 习 内 核 编 程 的 最 简 单 的 方 式 也 许 就 是 写 个 内 核 模 块 ： 一 段 可 以 动 态 加 载 进 内 核 的 代 码 。 模 块 所 能 做 的 事 是 有 限 的 — — 例 如 ， 他 们 不 能 在 类 似 进 程 描 述 符 这 样 的 公 共 数 据 结 构 中 增 减 字 段 （ L C T T 译 注 ： 可 能 会 破 坏 整 个 内 核 及 系 统 的 功 能 ） 。 但 是 ， 在 其 它 方 面 ， 他 们 是 成 熟 的 内 核 级 的 代 码 ， 可 以 在 需 要 时 随 时 编 译 进 内 核 （ 这 样 就 可 以 摒 弃 所 有 的 限 制 了 ） 。 完 全 可 以 在 L i n u x 源 代 码 树 以 外 来 开 发 并 编 译 一 个 模 块 （ 这 并 不 奇 怪 ， 它 称 为 树 外 开 发 ） ， 如 果 你 只 是 想 稍 微 玩 玩 ， 而 并 不 想 提 交 修 改 以 包 含 到 主 线 内 核 中 去 ， 这 样 的 方 式 是 很 方 便 的 。 在 本 教 程 中 ， 我 们 将 开 发 一 个 简 单 的 内 核 模 块 用 以 创 建 一 个 / d e v / r e v e r s e 设 备 。 写 入 该 设 备 的 字 符 串 将 以 相 反 字 序 的 方 式 读 回 （ “ H e l l o W o r l d ” 读 成 “ W o r l d   H e l l o ” ） 。 这 是 一 个 很 受 欢 迎 的 程 序 员 面 试 难 题 ， 当 你 利 用 自 己 的 能 力 在 内 核 级 别 实 现 这 个 功 能 时 ， 可 以 使 你 得 到 一 些 加 分 。 在 开 始 前 ， 有 一 句 忠 告 ： 你 的 模 块 中 的 一 个 b u g 就 会 导 致 系 统 崩 溃 （ 虽 然 可 能 性 不 大 ， 但 还 是 有 可 能 的 ） 和 数 据 丢 失 。 在 开 始 前 ， 请 确 保 你 已 经 将 重 要 数 据 备 份 ， 或 者 ， 采 用 一 种 更 好 的 方 式 ， 在 虚 拟 机 中 进 行 试 验 。 尽 可 能 不 要 用 r o o t 身 份 默 认 情 况 下 ， / d e v / r e v e r s e 只 有 r o o t 可 以 使 用 ， 因 此 你 只 能 使 用 s u d o 来 运 行 你 的 测 试 程 序 。 要 解 决 该 限 制 ， 可 以 创 建 一 个 包 含 以 下 内 容 的 / l i b / u d e v / r u l e s . d / 9 9 - r e v e r s e . r u l e s 文 件 ： S U B S Y S T E M = = " m i s c " ,   K E R N E L = = " r e v e r s e " ,   M O D E = " 0 6 6 6 " 别 忘 了 重 新 插 入 模 块 。 让 非 r o o t 用 户 访 问 设 备 节 点 往 往 不 是 一 个 好 主 意 ， 但 是 在 开 发 其 间 却 是 十 分 有 用 的 。 这 并 不 是 说 以 r o o t 身 份 运 行 二 进 制 测 试 文 件 也 不 是 个 好 主 意 。 模 块 的 构 造 由 于 大 多 数 的 L i n u x 内 核 模 块 是 用 C 写 的 （ 除 了 底 层 的 特 定 于 体 系 结 构 的 部 分 ） ， 所 以 推 荐 你 将 你 的 模 块 以 单 一 文 件 形 式 保 存 （ 例 如 ， r e v e r s e . c ） 。 我 们 已 经 把 完 整 的 源 代 码 放 在 G i t H u b 上 — — 这 里 我 们 将 看 其 中 的 一 些 片 段 。 开 始 时 ， 我 们 先 要 包 含 一 些 常 见 的 文 件 头 ， 并 用 预 定 义 的 宏 来 描 述 模 块 ： # i n c l u d e   < l i n u x / i n i t . h > # i n c l u d e   < l i n u x / k e r n e l . h > # i n c l u d e   < l i n u x / m o d u l e . h > M O D U L E _ L I C E N S E ( " G P L " ) ; M O D U L E _ A U T H O R ( " V a l e n t i n e   S i n i t s y n   < v a l e n t i n e . s i n i t s y n @ g m a i l . c o m > " ) ; M O D U L E _ D E S C R I P T I O N ( " I n - k e r n e l   p h r a s e   r e v e r s e r " ) ;
这 里 一 切 都 直 接 明 了 ， 除 了 M O D U L E _ L I C E N S E ( ) ： 它 不 仅 仅 是 一 个 标 记 。 内 核 坚 定 地 支 持 G P L 兼 容 代 码 ， 因 此 如 果 你 把 许 可 证 设 置 为 其 它 非 G P L 兼 容 的 （ 如 ， “ P r o p r i e t a r y ” [ 专 利 ] ） ， 某 些 特 定 的 内 核 功 能 将 在 你 的 模 块 中 不 可 用 。 什 么 时 候 不 该 写 内 核 模 块 内 核 编 程 很 有 趣 ， 但 是 在 现 实 项 目 中 写 （ 尤 其 是 调 试 ） 内 核 代 码 要 求 特 定 的 技 巧 。 通 常 来 讲 ， 在 没 有 其 它 方 式 可 以 解 决 你 的 问 题 时 ， 你 才 应 该 在 内 核 级 别 解 决 它 。 以 下 情 形 中 ， 可 能 你 在 用 户 空 间 中 解 决 它 更 好 ： 你 要 开 发 一 个 U S B 驱 动   — —   请 查 看 l i b u s b 。 你 要 开 发 一 个 文 件 系 统   — —   试 试 F U S E 。 你 在 扩 展 N e t f i l t e r   — —   那 么 l i b n e t f i l t e r _ q u e u e 对 你 有 所 帮 助 。 通 常 ， 内 核 里 面 代 码 的 性 能 会 更 好 ， 但 是 对 于 许 多 项 目 而 言 ， 这 点 性 能 丢 失 并 不 严 重 。 阅 读 原 文
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