Linux内核API|极客笔记

Linux内核API

1. 概述

Linux内核是操作系统的核心，负责管理计算机硬件资源和提供系统服务。Linux内核提供了一套丰富的API（Application Programming Interface），使开发人员可以编写基于内核的应用程序。本文将详细介绍Linux内核API的相关知识。

2. 内核模块

Linux内核模块是一种动态加载到内核中的代码，可扩展内核功能并提供新的系统服务。开发内核模块需要调用内核提供的API。以下是一个简单的示例：创建一个内核模块，初始化模块并在模块载入和卸载时打印信息。

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

int __init init_module(void)
{
    printk(KERN_INFO "Hello, kernel module loaded\n");
    return 0;
}

void __exit cleanup_module(void)
{
    printk(KERN_INFO "Goodbye, kernel module removed\n");
}

MODULE_LICENSE("GPL");

在编译内核模块前需要安装Linux内核的开发包和GCC工具链。将以上代码保存为module.c并使用以下命令编译内核模块：make -C /lib/modules/ $(uname -r)/build M=$ PWD modules。载入模块：sudo insmod module.ko，卸载模块：sudo rmmod module。

3. 内存管理

Linux内核提供了一套内存管理API，用于动态分配和释放内存。kmalloc函数用于分配内核中的内存，kfree函数用于释放内存。以下是一个示例代码：分配一个1KB的内存块并释放。

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>

int __init init_module(void)
{
    char *mem = kmalloc(1024, GFP_KERNEL);
    if (mem == NULL) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate memory\n");
        return -ENOMEM;
    }

    printk(KERN_INFO "Memory allocated\n");

    kfree(mem);
    printk(KERN_INFO "Memory freed\n");

    return 0;
}

void __exit cleanup_module(void)
{
}

MODULE_LICENSE("GPL");

4. 进程管理

Linux内核管理着系统中正在运行的进程。task_struct结构体表示一个进程，current指针指向当前进程。list_for_each_entry宏可用于遍历进程链表。以下是一个示例代码：遍历并打印所有进程的PID和命令行参数。

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/sched.h>

int __init init_module(void)
{
    struct task_struct *task;

    for_each_process(task) {
        printk(KERN_INFO "PID: %d, Command: %s\n", task->pid, task->comm);
    }

    return 0;
}

void __exit cleanup_module(void)
{
}

MODULE_LICENSE("GPL");

5. 文件系统

Linux内核提供了丰富的文件系统支持，包括虚拟文件系统（VFS）、ext4、FAT等。VFS提供了统一的文件系统接口，允许不同类型的文件系统共存。vfs_read和vfs_write函数用于读取和写入文件。以下是一个示例代码：在内核中读取/etc/hosts文件。

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>

int __init init_module(void)
{
    struct file *filp;
    mm_segment_t oldfs;
    char buf[256];
    int ret;

    filp = filp_open("/etc/hosts", O_RDONLY, 0);
    if (IS_ERR(filp)) {
        printk(KERN_ERR "Failed to open file\n");
        return PTR_ERR(filp);
    }

    oldfs = get_fs();
    set_fs(KERNEL_DS);

    ret = vfs_read(filp, buf, sizeof(buf), &filp->f_pos);

    set_fs(oldfs);
    filp_close(filp, NULL);

    if (ret < 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to read file\n");
        return ret;
    }

    buf[ret] = '\0';
    printk(KERN_INFO "File content: %s\n", buf);

    return 0;
}

void __exit cleanup_module(void)
{
}

MODULE_LICENSE("GPL");