哈嘍，我是杰克吳，繼續(xù)記錄我的學習心得。

一、關(guān)于興趣的幾點思考

1. 享受不是興趣，愿意付出才是：

• 興趣很容易跟享受混淆。享受是被動的，無需付出；而興趣則要求你甘愿為了這件事情付出努力。

2.任何事情，接觸皮毛的時候不要談興趣：

• 在我開始公眾號寫文章之前，只是粗淺地覺得這個事不難我可以嘗試一下，而事實上，持續(xù)寫作的難度和意義超乎大多數(shù)人的想象。

• 任何事情，先做到 60 分，再談是否喜歡。

3. 興趣和愛好不太一樣：

• 區(qū)別在于你是否需要且愿意通過刻意練習以收獲這個興趣，以及這件事是否能給你帶來持續(xù)的成就感。

• 吃喝玩樂(旅游，逛街，買買買)是愛好，不是興趣。純粹的看電影是愛好，但是認真地寫影評(經(jīng)歷了思考與分享)則算是興趣。表面看上去都是同一件事，但是不同人會發(fā)展成不一樣的結(jié)果。

• 最開始時可能只是愛好，但是隨著你的持續(xù)思考和投入，可能會發(fā)展為你的理想職業(yè)。

4. 興趣可以帶有功利性：

• 那些看似功利的標準(例如高考、面試)，存在很多偏差的部分，但不可否認，在絕大多數(shù)情況下，它們提供了較為高效和正確的努力方向。

• 把自己熱愛的事情用來掙錢，非常好。只憑自己的興致去做，確實會有更多愉悅，但這也是最廉價、最輕易的喜歡了，問題是，你很難真正做得好。你真的喜歡這個事，你會主動爭取做好，贏得市場才會給你帶來更長久的愉悅感。

二、模塊機制快速入門 (1)

目錄：

1.?內(nèi)核模塊的使用
2.?內(nèi)核模塊的文件格式
3. EXPORT_SYMBOL 是如何實現(xiàn)符號導出的？
4.?相關(guān)參考

基于 Linux-4.14 + Arm-v7。

1. 內(nèi)核模塊的使用

最簡單的內(nèi)核模塊：

#include?
#include?

static?char?*name?=?"embedded?hacker";
module_param(name,?charp,?S_IRUGO);????//?指定模塊可以接收的參數(shù)

static?void?print_hello(void)
{
????printk(KERN_INFO?"Hello?World,?%s\n",?name);
}

static?int?__init?hello_init(void)
{
????printk(KERN_INFO?"Hello?World?init\n");
????print_hello();
????return?0;
}
module_init(hello_init);

static?void?__exit?hello_exit(void)
{
????printk(KERN_INFO?"Hello?World?exit\n?");
}
module_exit(hello_exit);

EXPORT_SYMBOL(print_hello);???//?導出符號?print_hello
MODULE_AUTHOR("es-hacker");???//?指定作者
MODULE_LICENSE("GPL?v2");?????//?指定?license
MODULE_DESCRIPTION("A?simple?Hello?World?Module");??//?指定模塊的描述信息
MODULE_ALIAS("a?simplest?module");??//?指定模塊的別名

運行效果：

$?insmod?hello.ko???//?加載模塊
Hello?World?init????//?加載模塊時，module_init()?里的函數(shù)被調(diào)用
Hello?World,?embedded?hacker

$?rmmod?hello???????//?卸載模塊
Hello?World?exit????//?卸載模塊時，module_exit()?里的函數(shù)被調(diào)用

$?insmod?hello.ko?name=Jack?//?指定模塊參數(shù)
Hello?World?init
Hello?World,?Jack

$?rmmod?hello
Hello?World?exit

到此，內(nèi)核模塊的使用方法就介紹完畢了，非常簡單易用。

接下來是痛苦的部分：探索一下背后的實現(xiàn)機制。

2. 內(nèi)核模塊的文件格式

可以用 file 命令確定一個文件的格式：

$?file?hello.ko?
hello.ko:?ELF?32-bit?LSB?relocatable,?ARM,?EABI5?version?1?(SYSV),?BuildID[sha1]=2feb2cb1328c0a9113658d6e90ac20d7e4c56384,?not?stripped

內(nèi)核模塊的格式為 ELF ( Executable and Linkable Format ):

目前不需要全面了解 ELF 文件格式的所有技術(shù)細節(jié)，只需要結(jié)合 Linux 源碼中定義的 ELF 相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，簡單了解一下 ELF 的構(gòu)造即可。

靜態(tài)的 ELF 文件視圖總體上可分為 3 部分：

• 頭部的 ELF header;

• 中間的 Section;

• 尾部的 Section header table

1) ELF header 部分：

作用：描述整個 ELF 文件。

組成：Linux 內(nèi)核里的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下，注釋部分為內(nèi)核模塊機制相關(guān)的的成員。

typedef?struct?elf32_hdr{
??unsigned?char?e_ident[EI_NIDENT];

??/*?文件類型?*/
??Elf32_Half?e_type;
??Elf32_Half?e_machine;
??Elf32_Word?e_version;

??/*?Entry?point?*/
??Elf32_Addr?e_entry;
??Elf32_Off?e_phoff;

??/*?Section?header?table?在文件中的偏移量?*/
??Elf32_Off?e_shoff;
??Elf32_Word?e_flags;
??Elf32_Half?e_ehsize;
??Elf32_Half?e_phentsize;
??Elf32_Half?e_phnum;

??/*?Section?header?table?中?entry?的大小?*/
??Elf32_Half?e_shentsize;

??/*?Section?header?table?中有多少個?entry?*/
??Elf32_Half?e_shnum;
??Elf32_Half?e_shstrndx;
}?Elf32_Ehdr;

實踐：

$?#?readelf?hello.ko?-h???????#?[-h|--file-header]
ELF?Header:
??Magic:???7f?45?4c?46?01?01?01?00?00?00?00?00?00?00?00?00?
??Class:?????????????????????????????ELF32
??Data:??????????????????????????????2's?complement,?little?endian
??Version:???????????????????????????1?(current)
??OS/ABI:????????????????????????????UNIX?-?System?V
??ABI?Version:???????????????????????0
??Type:??????????????????????????????REL?(Relocatable?file)
??Machine:???????????????????????????ARM
??Version:???????????????????????????0x1
??Entry?point?address:???????????????0x0
??Start?of?program?headers:??????????0?(bytes?into?file)
??Start?of?section?headers:??????????59648?(bytes?into?file)
??Flags:?????????????????????????????0x5000000,?Version5?EABI
??Size?of?this?header:???????????????52?(bytes)
??Size?of?program?headers:???????????0?(bytes)
??Number?of?program?headers:?????????0
??Size?of?section?headers:???????????40?(bytes)
??Number?of?section?headers:?????????52
??Section?header?string?table?index:?51

2) Section 部分：

作用：對應人們常說的各種數(shù)據(jù)段、代碼段等，術(shù)語是 section。

組成：ELF 文件的主體，位于文件視圖中間部分的一個連續(xù)區(qū)域中。但是當模塊被內(nèi)核加載時，會根據(jù)各自屬性被重新分配到新的內(nèi)存區(qū)域。

3) Section header table 部分：

作用：每一個條目(術(shù)語叫 entry) 就是一個 Section header，負責描述 Section;

組成：由若干個 Section header entry 組成，Linux 內(nèi)核里的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下 (注釋部分為內(nèi)核模塊機制相關(guān)的的成員)：

typedef?struct?elf32_shdr?{
??Elf32_Word?sh_name;
??Elf32_Word?sh_type;
??Elf32_Word?sh_flags;

??/*?對應的 section 在內(nèi)存中的實際地址。初始值為0，當模塊被內(nèi)核加載時，會被修改為 section 在內(nèi)存中的實際地址?*/
??Elf32_Addr?sh_addr;

??/*?section?在文件視圖中的偏移量?*/
??Elf32_Off?sh_offset;

??/*?section?在文件視圖中的大小?*/
??Elf32_Word?sh_size;
??Elf32_Word?sh_link;
??Elf32_Word?sh_info;
??Elf32_Word?sh_addralign;
??Elf32_Word?sh_entsize;
}?Elf32_Shdr;

實踐：

$?readelf?hello.ko?-S?????#?[-S|--section-headers|--sections]
There?are?52?section?headers,?starting?at?offset?0xe900:

Section?Headers:
??[Nr]?Name??????????????Type????????????Addr?????Off????Size???ES?Flg?Lk?Inf?Al
??[?0]???????????????????NULL????????????00000000?000000?000000?00??????0???0??0
??[?1]?.note.gnu.build-i?NOTE????????????00000000?000034?000024?00???A??0???0??4
??[?2]?.text?????????????PROGBITS????????00000000?000058?000000?00??AX??0???0??1
??[...]
??[?5]?.init.text????????PROGBITS????????00000000?000070?00001c?00??AX??0???0??4
??[...]
??[?7]?.exit.text????????PROGBITS????????00000000?00008c?00000c?00??AX??0???0??4
??[...]
??[?9]?__ksymtab?????????PROGBITS????????00000000?000098?000008?00???A??0???0??4
??[...]
??[25]?__ksymtab_strings?PROGBITS????????00000000?0001f1?00000c?00???A??0???0??1
??[26]?__param???????????PROGBITS????????00000000?000200?000014?00???A??0???0??4
??[27]?.rel__param???????REL?????????????00000000?00b9e4?000020?08???I?49??26??4
??[28]?__versions????????PROGBITS????????00000000?000214?000100?00???A??0???0??4
??[29]?.data?????????????PROGBITS????????00000000?000314?000004?00??WA??0???0??4
??[...]
??[48]?.ARM.attributes???ARM_ATTRIBUTES??00000000?00b21a?000031?00??????0???0??1
??[49]?.symtab???????????SYMTAB??????????00000000?00b24c?000520?10?????50??75??4
??[50]?.strtab???????????STRTAB??????????00000000?00b76c?0001cd?00??????0???0??1
??[51]?.shstrtab?????????STRTAB??????????00000000?00e6e4?00021b?00??????0???0??1

Key?to?Flags:
??W?(write),?A?(alloc),?X?(execute),?M?(merge),?S?(strings)
??I?(info),?L?(link?order),?G?(group),?T?(TLS),?E?(exclude),?x?(unknown)
??O?(extra?OS?processing?required)?o?(OS?specific),?p?(processor?specific)

這里只截取模塊加載相關(guān)的部分 section header，現(xiàn)在有個初步印象就好，后續(xù)使用到了相關(guān)的 secition header，再做進一步的研究分析。

內(nèi)核模塊自身并不會使用到上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (elf32_hdr、elf32_shdr)，它們是給內(nèi)核模塊加載器在加載模塊時使用的。

3. EXPORT_SYMBOL() 是如何實現(xiàn)符號導出的？

EXPORT_SYMBOL() 系列宏用來向外界導出一個符號。內(nèi)核和內(nèi)核模塊通過符號表的形式向外部世界導出符號的相關(guān)信息。

為什么要導出符號？

• 如果沒有獨立存在的內(nèi)核模塊，作為單一的 Linux 內(nèi)核映像，就沒必要導出符號了。對于靜態(tài)編譯鏈接而成的內(nèi)核映像而言，所有的符號引用都會在靜態(tài)鏈接階段完成。

• 有了內(nèi)核模塊之后，獨立編譯鏈接的內(nèi)核模塊要使用到內(nèi)核提供的基礎設施（即調(diào)用內(nèi)核函數(shù)，例如 printk）的話，就必須要解決符號引用問題 (unresolved symbol)。

• 可以用 nm 命令來查看一個模塊中出現(xiàn)的未定義符號：

$?nm?hello.o?-u?????????#?[-u|--undefined-only]
?????????U?__aeabi_unwind_cpp_pr0
?????????U?param_ops_charp
?????????U?printk
?????????U?__this_module

• 處理 unresolved symbol 問題的本質(zhì)是在模塊加載期間找到該符號在內(nèi)存中的實際地址。

從全局上看，EXPORT_SYMBOL 的完整實現(xiàn)包括 3 部分:

• EXPORT_SYMBOL 的定義部分

• 鏈接腳本鏈接器部分

• 使用導出符號部分

EXPORT_SYMBOL 的定義:

//?include/linux/export.h
#define?EXPORT_SYMBOL(sym)?__EXPORT_SYMBOL(sym,?"")

/*?For?every?exported?symbol,?place?a?struct?in?the?__ksymtab?section?*/
#define?___EXPORT_SYMBOL(sym,?sec)?????\
?extern?typeof(sym)?sym;??????\
?__CRC_SYMBOL(sym,?sec)??????\
?static?const?char?__kstrtab_##sym[]????\
?__attribute__((section("__ksymtab_strings"),?aligned(1)))?\
?=?VMLINUX_SYMBOL_STR(sym);?????\
?static?const?struct?kernel_symbol?__ksymtab_##sym??\
?__used????????\
?__attribute__((section("___ksymtab"?sec?"+"?#sym),?used))?\
?=?{?(unsigned?long)&sym,?__kstrtab_##sym?}

以 hello.ko 為例，EXPORT_SYMBOL(print_hello) 本質(zhì)上就是定義了 2 個變量：

static?const?char?__kstrtab_print_hello[]?=?"print_hello"

static?const?struct?kernel_symbol?__ksymtab_print_hello?=?{
??(unsigned?long)&print_hello,
??__kstrtab_print_hello,
};

• 變量1: char []

• 用于保存符號名;
• 被放置在名為　"__ksymtab_strings" 的 section 中;

• 變量2: struct kernel_symbol

• 用于保存符號名與地址;
• 被放置在名為 "___ksymtab+print_hello" 的 section 中;

根據(jù) scripts/module-common.lds 里的定義：

SECTIONS?{
??[...]
?__ksymtab??0?:?{?*(SORT(___ksymtab+*))?}
??[...]
}

"___ksymtab+print_hello" 會被轉(zhuǎn)換為　"__ksymtab"，這樣就跟我們用 readelf hello.ko -S 查看到的 section 對應上了。

為了讓內(nèi)核可以通過上述 __ksymtab section 找到被導出的符號，鏈接器必須導出 section 的地址：

include/asm-generic/vmlinux.lds.h

?/*?Kernel?symbol?table:?Normal?symbols?*/???\
?__ksymtab?????????:?AT(ADDR(__ksymtab)?-?LOAD_OFFSET)?{??\
??VMLINUX_SYMBOL(__start___ksymtab)?=?.;???\
??KEEP(*(SORT(___ksymtab+*)))????\
??VMLINUX_SYMBOL(__stop___ksymtab)?=?.;???\
?}?

?/*?Kernel?symbol?table:?strings?*/????\
?__ksymtab_strings?:?AT(ADDR(__ksymtab_strings)?-?LOAD_OFFSET)?{?\
??*(__ksymtab_strings)?????\
?}?

在 kernel/module.c 中，可以看到下列聲明：

/*?Provided?by?the?linker?*/
extern?const?struct?kernel_symbol?__start___ksymtab[];
extern?const?struct?kernel_symbol?__stop___ksymtab[];
[...]

這些變量會在內(nèi)核或者內(nèi)核模塊查找某個符號時被使用。

EXPORT_SYMBOL 和 EXPORT_SYMBOL_GPL 導出符號的可見性：

從這里開始重頭戲模塊加載的分析了，鑒于大多數(shù)人的注意力無法在一篇文章里上集中太久，更多的內(nèi)容將放在后面的文章里。建議大家可以先自行閱讀相關(guān)書籍，不是自己理解到的東西是消化不了的。

4. 相關(guān)參考

• Linux 設備驅(qū)動開發(fā)詳解，第 4 章節(jié)

• 深入 Linux 設備驅(qū)動程序內(nèi)核機制，第 1 章節(jié)

• 深入 Linux 內(nèi)核架構(gòu)，第 7 章節(jié)

• 深入理解 Linux 內(nèi)核，第20 章節(jié)、附錄2

5. 更多值得關(guān)注的知識點

• 模塊的加載

• 模塊的參數(shù)傳遞機制

• 模塊之間的依賴關(guān)系

• 模塊中的版本控制機制

• ...

三、思考技術(shù)，也思考人生

要學習技術(shù)，更要學習如何生活。

你和我各有一個蘋果，如果我們交換蘋果的話，我們還是只有一個蘋果。但當你和我各有一個想法，我們交換想法的話，我們就都有兩個想法了。