Leitfaden zur Programmierung von Linux-Kernel-Modulen

Einführung

Autoren

• Der Linux Kernel Module Programming Guide wurde ursprünglich von Ori Pomerantz für Linux v2.2 verfasst
• Von Peter Jay Salzman für Linux v2.4 aktualisiert
• Von Michael Burian für Linux v2.6 mitbetreut
• Bob Mottram aktualisierte die Beispiele für Versionen ab Linux v3.8
• Jim Huang aktualisierte den Leitfaden für aktuelle Linux-Versionen (v5.0 und höher) und überarbeitete die LaTeX-Dokumente

Danksagung

• Mehrere Mitwirkende haben Korrekturen und Vorschläge beigesteuert

Was ist ein Kernel-Modul?

• Ein Linux-Kernel-Modul ist ein Code-Segment, das bei Bedarf dynamisch in den Kernel geladen und wieder entladen werden kann
• Kernel-Module erweitern die Funktionalität des Kernels ohne einen Systemneustart
• Ohne Module müsste der Kernel bei jeder neuen Funktion neu gebaut und das System neu gestartet werden

Kernel-Modul-Paket

• Ubuntu/Debian: sudo apt-get install build-essential kmod
• Arch Linux: sudo pacman -S gcc kmod

Welche Module gibt es in meinem Kernel?

• Mit dem Befehl lsmod lassen sich die aktuell in den Kernel geladenen Module anzeigen
• Dies ist auch über die Datei /proc/modules möglich

Ist das Herunterladen und Kompilieren des Kernels erforderlich?

• Um diesem Leitfaden zu folgen, ist es nicht nötig, den Kernel herunterzuladen und zu kompilieren
• Es ist sicher, die Beispiele in einer Test-Distribution auszuführen

Bevor Sie beginnen

• Hinweise zu Modulversionsverwaltung, zur Verwendung des X Window System, zu SecureBoot und weiteren Punkten

Header

• Die Installation der Kernel-Header-Dateien ist erforderlich
• Ubuntu/Debian: sudo apt-get install kmod linux-headers-$(uname -r)
• Arch Linux: sudo pacman -S linux-headers
• Fedora: sudo dnf install kernel-devel kernel-headers

Beispiele

• Alle Beispiele befinden sich im Unterverzeichnis examples der Dokumentation

Hello World

Das einfachste Modul

• Erstellen und Kompilieren der Datei hello-1.c
• Erklärung, wie das Modul geladen und entladen wird

Hello und Goodbye

• Beispiel für die Verwendung der Makros module_init und module_exit

Makros __init und __exit

• Das Makro __init gibt den Speicher frei, sobald die Initialisierungsfunktion abgeschlossen ist
• Das Makro __exit lässt die Funktion weg, wenn das Modul fest in den Kernel eingebaut ist

Lizenz und Moduldokumentation

• Mit dem Makro MODULE_LICENSE wird die Lizenz des Moduls festgelegt
• Beispiele für die Verwendung der Makros MODULE_AUTHOR und MODULE_DESCRIPTION

Übergabe von Kommandozeilenargumenten

• Mit dem Makro module_param werden Kommandozeilenargumente an das Modul übergeben
• Mit dem Makro MODULE_PARM_DESC wird eine Beschreibung der Argumente hinzugefügt

Module über mehrere Dateien hinweg

• Beispiel für ein Kernel-Modul, das in mehrere Quelldateien aufgeteilt ist

Modul-Builds für vorkompilierte Kernel

• Erklärung, wie Module für vorkompilierte Kernel gebaut werden

Zusammenfassung von GN⁺

• Dieser Leitfaden ist eine umfassende Einführung in die Programmierung von Linux-Kernel-Modulen und behandelt mit verschiedenen Beispielen sowohl Grundkonzepte als auch fortgeschrittene Themen
• Mit Kernel-Modulen lässt sich die Funktionalität des Kernels ohne Systemneustart erweitern, was für Entwickler ein großer Vorteil ist
• Hinweise zu Modulversionsverwaltung, SecureBoot und weiteren Punkten sollten gut verstanden und beachtet werden
• Verwandte Projekte sind unter anderem Linux Device Drivers und The Linux Programming Interface

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Es gibt die Meinung, dass das Beispiel „Detecting button presses“ schwierig sei, weil dafür ein RPi-Modul gebaut werden muss
  • qemu ist eine gute Möglichkeit, Erfahrungen mit Kernel-Hacking zu sammeln
• Es gibt die Meinung, dass die Linux Foundation Updates für die Bücher LDD (linux device driver) und zum Linux-Kernel fördern sollte
• Ein Nutzer teilt die Erfahrung, es vor 22 Jahren zum ersten Mal gelesen zu haben
• Es gibt die Nachricht, dass das neueste Update des Buchs „The Linux Memory Manager“ Anfang Juli erschien und derzeit daran editiert wird
• Es gibt allgemeine Fragen zur Linux-Kernel-Programmierung, zum Beispiel zu Hacking am Dateisystem oder am Speichermanagement
  • Es gab das Buch „Linux Kernel Development“ von Robert Love, das aber vermutlich nicht mehr aktualisiert wird
• Es gibt Lob für das detaillierte, praxisorientierte Tutorial zum direkten Bauen von Kernel-Modulen
  • Verwandtes Material: https://0xax.gitbooks.io/linux-insides/content/index.html
• Es gibt eine Frage dazu, ob der Autor beim Schreiben oder Überarbeiten des Textes ein LLM verwendet hat