LKM 與直接編譯到內(nèi)核或典型程序的元素有根本區(qū)別。典型的程序有一個 main 函數(shù)，其中 LKM 包含 entry 和 exit 函數(shù)（在 2.6 版本，您可以任意命名這些函數(shù)）。當向內(nèi)核插入模塊時，調(diào)用 entry 函數(shù)，從內(nèi)核刪除模塊時則調(diào)用 exit 函數(shù)。因為 entry 和 exit 函數(shù)是用戶定義的，所以存在 module_init 和 module_exit 宏，用于定義這些函數(shù)屬于哪種函數(shù)。LKM 還包含一組必要的宏和一組可選的宏，用于定義模塊的許可證、模塊的作者、模塊的描述等等。圖 1 提供了一個非常簡單的 LKM 的視圖。
2.6 版本的 Linux 內(nèi)核提供了一個新的更簡單的方法，用于構(gòu)建 LKM。構(gòu)建 LKM 時，可以使用典型的用戶工具管理模塊（盡管內(nèi)部已經(jīng)改變）：標準 insmod（安裝 LKM），rmmod （刪除 LKM），modprobe（insmod 和 rmmod 的包裝器），depmod（用于創(chuàng)建模塊依賴項），以及 modinfo（用于為模塊宏查找值）。
剖析內(nèi)核模塊對象
LKM 只不過是一個特殊的可執(zhí)行可鏈接格式（Executable and Linkable Format，ELF）對象文件。通常，必須鏈接對象文件才能在可執(zhí)行文件中解析它們的符號和結(jié)果。由于必須將 LKM 加載到內(nèi)核后 LKM 才能解析符號，所以 LKM 仍然是一個 ELF 對象。您可以在 LKM 上使用標準對象工具（在 2.6 版本中，內(nèi)核對象帶有后綴 .ko,）。例如，如果在 LKM 上使用 objdump 實用工具，您將發(fā)現(xiàn)一些熟悉的區(qū)段（section），比如 .text（說明）、.data（已初始化數(shù)據(jù)）和 .bss（塊開始符號或未初始化數(shù)據(jù)）。
您還可以在模塊中找到其他支持動態(tài)特性的區(qū)段。.init.text 區(qū)段包含 module_init 代碼，.exit.text 區(qū)段包含 module_exit 代碼（參見圖 2）。.modinfo 區(qū)段包含各種表示模塊許可證、作者和描述等的宏文本。
了解 LKM 的基礎知識之后，現(xiàn)在我們進一步探索模塊是如何進入內(nèi)核的，以及在內(nèi)核內(nèi)部是如何管理模塊的。
LKM 的生命周期
在用戶空間中，insmod（插入模塊）啟動模塊加載過程。insmod 命令定義需要加載的模塊，并調(diào)用 init_module 用戶空間系統(tǒng)調(diào)用，開始加載過程。2.6 版本內(nèi)核的 insmod 命令經(jīng)過修改后變得非常簡單（70 行代碼），可以在內(nèi)核中執(zhí)行更多工作。insmod 并不進行所有必要的符號解析（處理 kerneld），它只是通過 init_module 函數(shù)將模塊二進制文件復制到內(nèi)核，然后由內(nèi)核完成剩余的任務。
init_module 函數(shù)通過系統(tǒng)調(diào)用層，進入內(nèi)核到達內(nèi)核函數(shù) sys_init_module（參見圖 3）。這是加載模塊的主要函數(shù)，它利用許多其他函數(shù)完成困難的工作。類似地，rmmod 命令會使 delete_module 執(zhí)行 system call 調(diào)用，而 delete_module 最終會進入內(nèi)核，并調(diào)用 sys_delete_module 將模塊從內(nèi)核刪除。
在模塊的加載和卸載期間，模塊子系統(tǒng)維護了一組簡單的狀態(tài)變量，用于表示模塊的操作。加載模塊時，狀態(tài)為 MODULE_STATE_COMING。如果模塊已經(jīng)加載并且可用，狀態(tài)為 MODULE_STATE_LIVE。此外，卸載模塊時，狀態(tài)為 MODULE_STATE_GOING。
模塊加載細節(jié)
現(xiàn)在，我們看看加載模塊時的內(nèi)部函數(shù)（參見圖 4）。當調(diào)用內(nèi)核函數(shù) sys_init_module 時，會開始一個許可檢查，查明調(diào)用者是否有權(quán)執(zhí)行這個操作（通過 capable 函數(shù)完成）。然后，調(diào)用 load_module 函數(shù)，這個函數(shù)負責將模塊加載到內(nèi)核并執(zhí)行必要的調(diào)試（后面還會討論這點）。load_module 函數(shù)返回一個指向最新加載模塊的模塊引用。這個模塊加載到系統(tǒng)內(nèi)具有雙重鏈接的所有模塊的列表上，并且通過 notifier 列表通知正在等待模塊狀態(tài)改變的線程。最后，調(diào)用模塊的 init() 函數(shù)，更新模塊狀態(tài)，表明模塊已經(jīng)加載并且可用。
加載模塊的內(nèi)部細節(jié)是 ELF 模塊解析和操作。load_module 函數(shù)（位于 ./linux/kernel/module.c）首先分配一塊用于容納整個 ELF 模塊的臨時內(nèi)存。然后，通過 copy_from_user 函數(shù)將 ELF 模塊從用戶空間讀入到臨時內(nèi)存。作為一個 ELF 對象，這個文件的結(jié)構(gòu)非常獨特，易于解析和驗證。
下一步是對加載的 ELF 映像執(zhí)行一組健康檢查（它是有效的 ELF 文件嗎？它適合當前的架構(gòu)嗎？等等）。完成健康檢查后，就會解析 ELF 映像，然后會為每個區(qū)段頭創(chuàng)建一組方便變量，簡化隨后的訪問。因為 ELF 對象的偏移量是基于 0 的（除非重新分配），所以這些方便變量將相對偏移量包含到臨時內(nèi)存塊中。在創(chuàng)建方便變量的過程中還會驗證 ELF 區(qū)段頭，確保加載的是有效模塊。
任何可選的模塊參數(shù)都從用戶空間加載到另一個已分配的內(nèi)核內(nèi)存塊（第 4 步），并且更新模塊狀態(tài)，表明模塊已加載（MODULE_STATE_COMING）。如果需要 per-CPU 數(shù)據(jù)（這在檢查區(qū)段頭時確定），那么就分配
