从 0 到 1:构建你的 Linux 内核模块，探索系统底层世界

一、引言

Linux 内核是整个操作系统的核心，而内核模块（Kernel Module）使得我们可以在不重新编译整个内核的情况下，动态添加或移除功能。如果你想深入理解 Linux 内核的工作原理，或者希望自定义系统功能，编写自己的内核模块是一个很好的学习起点。

本篇文章将从零开始，带你了解如何编写、编译和加载一个 Linux 内核模块，深入探索 Linux 内核的奥秘。

二、什么是 Linux 内核模块？

Linux 内核模块（LKM, Loadable Kernel Module）是一种可以在运行时动态加载到内核中的代码，它可以用来扩展内核功能，例如：

o 添加新的设备驱动程序

o 修改内核行为（如防火墙规则、文件系统等）

o 提供内核级别的调试或监控功能

相比于直接修改 Linux 内核代码，LKM 方式更加灵活，不需要重启系统即可生效，适用于开发和调试阶段。

三、环境准备

在开始编写内核模块之前，我们需要一个合适的 Linux 开发环境：

1. 安装开发工具：确保你的系统上已经安装了 gcc、make 和 Linux 内核头文件：

sudo apt update && sudo apt install build-essential linux-headers-$(uname -r)

2. 创建工作目录：

mkdir ~/kernel_module && cd ~/kernel_module

四、编写第一个 Linux 内核模块

我们编写一个简单的 “Hello World” 内核模块：

1. 创建 C 代码文件 hello_module.c

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("YourName");

MODULE_DESCRIPTION("A simple Linux kernel module");

static int __init hello_init(void) {

printk(KERN_INFO "Hello, Linux Kernel!\n");

return 0;

}

static void __exit hello_exit(void) {

printk(KERN_INFO "Goodbye, Linux Kernel!\n");

}

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

2. 编写 Makefile

在同一目录下创建 Makefile：

obj-m += hello_module.o

all:

make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:

make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

3. 编译内核模块

运行以下命令编译模块：

make

生成 hello_module.ko 文件，这就是我们的内核模块。

五、加载和卸载内核模块

1. 加载模块：

sudo insmod hello_module.ko

运行后，可以通过 dmesg 命令查看输出：

dmesg | tail -10

2. 卸载模块：

sudo rmmod hello_module

3. 检查内核日志：

dmesg | tail -10

六、深入探索 Linux 内核模块

o 自定义参数：可以使用 module_param 允许模块接收用户参数。

o 设备驱动开发：进一步学习如何编写字符设备驱动或网络设备驱动。

o 与用户空间交互：使用 procfs 或 sysfs 让模块与用户态程序通信。

七、总结

本篇文章从零开始介绍了 Linux 内核模块的概念，带你编写、编译并加载了一个简单的 “Hello World” 内核模块。如果你对 Linux 内核开发感兴趣，可以进一步学习设备驱动、文件系统等更深入的内核编程知识。

你是否尝试过编写自己的 Linux 内核模块？欢迎在评论区讨论！