ماژول هسته چیست؟
اولیــن سوالی کــه ممکن است به ذهن خواننده برسد این است که ماژول هسته دقیقا چیست؟ در پاسخ باید گفت که ماژول*ها تـکه کدهایی هـستند که در حین اجرای هسته لینوکس می توانند وارد آن شده و یا از آن خارج شوند. این تکه کدها عملکرد هسته را بدون نیاز به راه اندازی دوباره کامپیوتر توسعه می*دهند.
به عنوان مثال یــک نــوع از مــاژول*ها device driver ها هستند کـه به هسته امکان استفاده از قابلیت سخت افزار ها را می*دهند.
اگر ماژول*ها وجود نداشتند، بـرای هر قابلیتی که می*خواستیم بــه هسته اضافه کنیم یـا از آن کم کنیم، می*بایستی یک بار هسته را کامپایل می*کردیم و برای استفاده از ان قابلیت یا حذف آن یک بار سیستم را از نو راه اندازی می*کردیم.
ماژول ها چگونه به هسته وارد می شوند؟
شما می*توانید بــا اجرای دستور lsmod ماژول*هایی کــه هــم اکنـون در هسته وارد شده*انـد را ببیـنـید و از اطـلاعات آنها باخبر شوید. این دستور اطلاعات خود را از فایل proc/modules/ دریافت می*کند.
هنگامی که هسته، به امکان و عملکردی نیاز دارد که هم اکنون در آن نیست، یکــی از deamon های آن بــه نـام kmod دستور modprobe را اجرا می*کند تا ماژول مربوطه که آن عملکرد را دارد وارد هسته شود . هنـگامی که modprobe اجرا می شود به آن یک رشته کاراکتر به دو صورت زیر داده می*شود:
- ۱) نام ماژول مانند softdog یا ppp
۲) یک مشخصه کلی مانند char-major-10-30
اگر حالت اول بــه modprobe داده شود، ایــن دستور بـه دنبال فایلی به نام softdog.ko یا ppp.ko با روشی که در ادامه می*آید می*گردد. ولی اگــر حــالـت دوم بــه modprobe داده شود، ایــن دستــور ابـــتدا بــه دنــبال رشتـه کاراکتر در فایل etc/modprobe.conf/ می گردد و اگر توانست alias یا مستعاری مانند:
alias char-major-10-30 softdog
پیدا کند، متوجه می*شود کــه ایــن نــام کلی که در اینجا char-major-10-30 است به ماژول softdog اشاره می*کــند که فایل ماژول آن softdof.ko می*باشد.
در مرحله بعد modprobe فایل lib/modules/version/modules.dep/ را باز کرده و به دنبال ماژول*هایی می*گــردد کـه باید قبل از ماژول مورد نظر به هسته وارد شوند. ایــن فــایل به وسیله دستور depmod -a ایجاد می*شود و حــاوی وابستگی بین ماژول هاست.
به عنوان مثال اگر به دنبال مــاژول msdos.ko در ایــن فــایل بگردید خواهید دید که به ماژول دیگری به نام fat.ko وابسته است یعنی برای اینکه msdos.ko وارد هسته شود حتما باید قبل از ان fat.ko وارد شده باشد. ایــن مسـاله برای fat.ko نیز تــکــرار شده تــا بـه مرحله*ای برسیم که دیگر وابستگی موجود نباشد. در نهایت modprobe دستور insmod را به کار می*برد تا ابتدا وابستگی*ها را به هسته وارد کرده و در نهایت ماژول مورد نظر ما به هسته وارد می*شود.
پس modprobe وظــیـفه پـیـدا کــردن مــاژول، تعیین وابستگیهای آن و وارد کردن آن بــه هستــه بــه وسیــله صـدا کردن insmod را دارد در حالی که insmod فقط وظیفه وارد کردن آن ماژول به هسته را دارد.
به عنوان مثال اگر بخواهیم به صورت دستی msdos.ko را وارد هسته کنیم به صورت زیر عمل می کنیم :
# insmod /lib/modules/2.6.11/kernel/fs/fat/fat.ko
# insmod /lib/modules/2.6.11/kernel/fs/fat/msdos.ko
معادل دو دستور بالا با modprobe به صورت زیر است:
# modprobe msdos
مطلب قابل ذکر این است که insmod مسیر کامل تا فایل ماژول را می*خواهد در حالی که modprobe فقط نـــام ماژول را می*گیرد.
قبل از شروع
قبل از اینکه وارد کد و کدزنی شویم چند نکته مهم را بررسی می*کنیم:
۱) modversioning: یــک ماژول کـه برای یک هسته خاص کامپایل شده است بر روی هسته دیگر load نخواهد شد مگر اینکه شــما CONFIG_MODVERSIONS را در هسته فــعــال کنــیـد. در قـســمت*های بـعــد بیشتر به این مقوله خواهیم پرداخت.
۲) ماژول*ها نمی*توانند چــیزی به غیر از خطاها و هشدارها را بر روی صفحه نمایش نـشان دهند. آنها بــرای نـشان دادن اطلاعات خود، آنها را در log فایلها می*نویسند.
۳) مورد سوم که کاملا مورد قبول بنده نمی*باشد این است که نویسنده می گوید:
«اغلب توزیع کنندگان لینوکس کد منبع هسته را که مورد Patch نیز قرار گرفته به طرز غیر استانداردی توزیع می*کنند که ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی شود. یکی از شایع ترین این مشکلات فایل های ناقص Header برای هسته لینوکس هستند. شما برای ماژول نویسی نیاز دارید که فایل های Header زیــادی را در کـــدهای خـود ضمیمه کـنـید و فایــلهای ناقص اغلب فایل هایی هستند که برای ماژول نویسی به کار می روند.» نویــسنده پیشنهاد می*کند کـه برای جلوگیری از این مشکل هسته را برای خود کامپایل کنید.
یک مثال – ساده ترین ماژول
برای شروع از مثال سنتی Hello World! شروع می*کنیم. فایلی به نام hello-1.c باز کرده و کد C زیر را در آن بنویسید:
کد: کد:
#include <linux/module.h> /*needed by all modules */
#include <linux/kernel.h> /*needed for Macros like KERN_INFO */
/* this function is called as initialization for all modules, if this function returns non-zero means init_module failed and this module can’t be loaded .*/
int init_module(void) { printk(KERN_INFO "Hello World1.\n"); return 0;}
/* it iscalled when module is terminated and unloaded */
void cleanup_module(void) { printk( KERN_INFO "Goodbye World1.\n");} هــر ماژول هسته*ای حداقل بایستی ۲ تابع داشته باشد. اولـی تابع شروع که init_module() نامیده می*شــود و هنگام load شدن ماژول در هسته صدا زده می*شود و دیــگــری تــابــع پــایان که cleanup_module() نامیده می*شــود و هنگام unload شدن ماژول از هسته صدا زده می*شود. در قسمت*های بـعد به این موضوع می*پـردازیم که بعد از هسته 2.3.13 شما می*توانید هــر نـــام دیــگری بــرای این دو تــابع قرار دهید. بــا ایـــن حــال خـیـلی از افـــراد هنـــوز از ایـن استاندارد قدیمی استفاده می*کنند. دو فــایــل Header در ایــن کــد ضمیمه شده*اند. یــکی linux/module.h می*باشد که برای هر مــاژولی مــورد نیاز است و تعریف خیلی از توابع را در خـود دارد و دیــگــری linux/kernel.h می*باشد کــه حــاوی تعدادی ماکرو می*باشد مانند KERN_INFO.
مختصری درباره printk()
بر خلاف آن چیزی که ممکن است درباره printk() تصور کنید این تابع چیزی در صفحه نمایش چاپ نمی کند و برای کار با کاربر نیست. ایــن تــابع برای مکانیزم log هستــه بـه کار میــرود . هــر printk() بــا یـک اولویت می*آید کــه در ایـن مثال مــاکــروی KERN_INFO بــرای ایــن منظور بــه کــار رفته است. تـعـداد ۸ اولــویت وجــود دارند کــه بــه صــورت مـاکرو در فــایــل linux/kernel.h تعـــریف شــده*انــد. اگـــر شـمــا ایـــن اولــویــت را تـعــیــین نـکــنــیــد بـــه طـــور پــیــش فـــرض DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL به آن تخصیص می*یابد .
اگــر این اولویت کمــتر از اولــویت int console_loglevel (که در linux/kernel.h تعریف شده) باشــد، message در دستور printk() بر روی صفحه ظاهر می*شود. اگــر syslogd و یــا klogd در سیستم در حــال اجرا باشند این message در فایل var/log/messages/ نوشته می*شود.
کامپایل ماژول های هسته
ماژول های هسته کمی متفاوت نسبت به برنامه های معمولی کامپایل می*شوند. بــرای ایـنکه بتوانید یک ماژول هسته را بــه درستــی کامپایل کنید، نیاز به تنظیمات بسیار زیادی دارید. بــا پیـچیده*تر شــدن ماژول*ها ایـن تنظیمات پیچیده*تر می*شوند. خــوشبختانه مکانیزمی به نام kbuild وجود دارد که تمام این تنظیمات را انجام می*دهد. بـرای اگاهی بیشتر از ایـن مکانیزم به فایلهای مستند هسته که در آدرس linux/Documentation/kbuild/modules.txt کد منبع هسته مـوجـود است مراجعه کنید. بــرای اینکه بتوانیم از مکـانیزم kbuild استفاده کنیم، بایستی Makefile ای با استاندارد آن بنویسیم. برای این کار یک فایل به نام Makefile باز کرده و دستورات زیر را در آن بنویسید:
obj-m += hello-1.oall : make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modulesclean: make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) cleanحال با اجرای دستور make ماژول خود را کامپایل کنید. در هسته 2.6 بــه بــعد از پسوند ko بــرای نــامیدن مـــاژول*های هسته استفاده شده است که به راحتی قابل تمییز از o که پسوند فایل های object است می*باشد.
برای بدست آوردن اطلاعاتی از ماژول خود دستور زیر را اجرا کنید:
# modinfo hello-1.ko
برای وارد کردن ماژول خود در هسته از دستور زیر استفاده کنید:
# insmod ./hello-1.ko
اگر بعد از اجرای این دستور فایل var/log/messages/ را باز کرده و به انتهای آن بروید، خواهید دیــد کـه ماژول hello-1 در هسته load شده است. با دستور lsmod نیز ماژول load شده را خواهید دید. بــرای unload یــا خارج کردن ماژول خود از هسته از دستور rmmod به صورت زیر استفاده کنید :
# rmmod hello-1
دوباره اگر فایل var/log/messages/ را بــاز کنید و به انتهای آن بــروید خواهید دید که ماژول hello-1 از هسته خارج شده است.در قسمت های بعدی با مثال های بیشتر به دیگر جزئیات ماژول نویسی برای هسته لینوکس خواهیم پرداخت 
]
ماژول نویسی برای هسته لینوکس (قسمت اول) 
