1. Вступление

Эта книга задумана для распространения в качестве полезного подручного материала, но не предоставляет никаких гарантий, в том числе гарантий соответствия ожиданиям читателя или пригодности для конкретной цели.

Её автор призывает к активному распространению этого материала для личного и коммерческого использования при условии соответствия вышеуказанной лицензии. Проще говоря, вы можете копировать и распространять эту книгу как бесплатно, так и за деньги. Делать это можно и в электронном, и в физическом формате, не спрашивая дополнительного разрешения у автора.

Производные работы и переводы этого документа должны также публиковаться под лицензией Open Software License с упоминанием оригинального источника. Если вы внесёте в книгу новый материал, то сделайте этот материал и исходный код доступными для своих ревизий. Ревизии и обновления должны быть доступны непосредственно мейнтейнеру документа, Джиму Хуангу <jserv@ccns.ncku.edu.tw>. Это позволит делать мерджи обновлений и предоставлять согласованные ревизии сообществу Linux.

Если вы будете публиковать или распространять книгу в коммерческих целях, то автор и проект документирования Linux (LDP) будут весьма признательны за пожертвования, ройялти-отчисления и предоставление печатных версий. Участие в общем деле таким образом показывает вашу поддержку бесплатного ПО и LDP. По всем вопросам можете писать на приведённый выше адрес.

▍ 1.1 Авторство

Первое «Руководство по программированию модулей ядра» написал Ори Померанц для ядер версии 2.2. В конечном итоге у Ори не стало времени для поддержания актуальности этого документа, что не удивительно, ведь ядро очень динамично в своём развитии. После этого поддержку руководства взял на себя Питер Джей Зальцман, который обновил его под версию 2.4. Но в итоге и Питеру стало нехватать времени, чтобы довести пособие до соответствия ядру 2.6. В этой ситуации на выручку пришёл Майкл Буриан, который помог его обновить. Следующим был Боб Моттрам, доработавший примеры под ядро 3.8+. Последним же на данный момент является Джим Хуанг, который довёл руководство до соответствия последним версиям ядра 5.х и скорректировал документ LaTeX.

▍ 1.2 Благодарности

Ниже перечислены сторонние участники, которые вносили изменения и давали полезные рекомендации:

2011eric, 25077667, Arush Sharma, asas1asas200, Benno Bielmeier, Bob Lee, Brad Baker, ccs100203, Chih-Yu Chen, Ching-Hua (Vivian) Lin, ChinYikMing, Cyril Brulebois, Daniele Paolo Scarpazza, David Porter, demonsome, Dimo Velev, Ekang Monyet, fennecJ, Francois Audeon, gagachang, Gilad Reti, Horst Schirmeier, Hsin-Hsiang Peng, Ignacio Martin, JianXing Wu, linD026, lyctw, manbing, Marconi Jiang, mengxinayan, RinHizakura, Roman Lakeev, Stacy Prowell, Steven Lung, Tristan Lelong, Tucker Polomik, VxTeemo, Wei-Lun Tsai, xatier, Ylowy.

▍ 1.3 Что такое модуль ядра?

Итак, вы хотите написать модуль для ядра. Вы знаете Си, уже написали несколько неплохих программ для выполнения в качестве процессов, и теперь вам захотелось попасть на территорию реального экшена, где единственный недействительный указатель может стереть всю вашу файловую систему, а дамп памяти означает перезагрузку.

Что же конкретно такое модуль ядра? Модули – это элементы кода, которые по необходимости можно загружать в ядро и выгружать. Они расширяют его функциональность, не требуя перезагрузки системы. К примеру, одним из типов модулей является драйвер устройств, который позволяет ядру обращаться к подключённому аппаратному обеспечению. Не имея модулей, нам бы пришлось строить монолитные ядра и добавлять новую функциональность непосредственно в их образы. И мало того что это привело бы к увеличению размеров ядра, но ещё и вынудило бы нас пересобирать и перезагружать его при каждом добавлении новой функциональности.

▍ 1.4 Пакеты модулей ядра

В дистрибутивах Linux для работы с пакетами модулей есть команды modprobe, insmod и depmod.

В Ubuntu/Debian:

sudo apt-get install build-essential kmod

В Arch Linux:

sudo pacman -S gcc kmod

▍ 1.5 Какие модули содержатся в моём ядре?

Узнать, какие модули загружены в ядро, можно командой lsmod:

sudo lsmod

Хранятся модули по пути /proc/modules, значит, их также можно просмотреть с помощью:

sudo cat /proc/modules

Список может оказаться длинным, и вам потребуется искать что-то конкретное. Вот пример поиска модуля fat:

sudo lsmod | grep fat

▍ 1.6 Нужно ли скачивать и компилировать ядро?

Для целей, связанных с этим руководством, это делать не обязательно. Однако будет мудрым решением выполнять примеры в тестовом дистрибутиве на виртуальной машине, чтобы избежать возможного нарушения работы системы.

▍ 1.7 Перед началом

Прежде чем переходить к коду, нужно разобрать кое-какие нюансы. Поскольку у каждого своя система и свои настройки, иногда компиляция и корректная загрузка вашей программы могут вызывать сложности. Но будьте уверены, после первого разрешения всех возможных трудностей, дальнейший полёт будет гладким.

1. Версионирование модулей. Модуль, скомпилированный для одного ядра, не загрузится для другого, если не включить в этом ядре CONFIG_MODVERSIONS. Подробнее о версионировании мы ещё поговорим позднее. Если в вашем ядре версионирование включено, то поначалу, пока мы не разберём эту тему подробнее, примеры могут у вас не работать. Правда, включено оно обычно в большинстве базовых дистрибутивов, и если из-за этого у вас возникнут проблемы с загрузкой модулей, скомпилируйте ядро, отключив их версионирование.
2. Использование X Window System. Настоятельно рекомендуем извлекать, компилировать и загружать все приводимые в руководстве примеры из консоли. Работать с ними в X Window System не стоит.

Модули не могут выводить информацию на экран подобно printf(). При этом они могут логировать информацию и предупреждения, которые в итоге на экран выводятся, но только в консоли. Если вы вставите модуль (insmod) из xterm, то информация и предупреждения залогируются, но только в системный журнал. То есть увидеть вы все эти данные сможете лишь через journalctl. Подробности описаны в разделе 4. Для получения прямого доступа ко всей этой информации, выполняйте все действия в консоли.