转自：http://blog.chinaunix.net/uid-27717694-id-3966290.html

一、概述
模块是作为ELF对象文件存放在文件系统中的，并通过执行insmod程序链接到内核中。对于每个模块，系统都要分配一个包含以下数据结构的内存区。
一个module对象，表示模块名的一个以null结束的字符串，实现模块功能的代码。在2.6内核以前，insmod模块过程主要是通过modutils中的insmod加载，大量工作都是在用户空间完成。但在2.6内核以后，系统使用busybox的insmod指令，把大量工作移到内核代码处理，参见模块加载过程代码分析2.
二、相关数据结构
1.module对象描述一个模块。一个双向循环链表存放所有module对象，链表头部存放在modules变量中，而指向相邻单元的指针存放在每个module对象的list字段中。
struct module
{
 /*state 表示该模块的当前状态。 
 enum module_state 
 { 
     MODULE_STATE_LIVE, 
     MODULE_STATE_COMING, 
     MODULE_STATE_GOING, 
 }; 
 在装载期间，状态为 MODULE_STATE_COMING; 
 正常运行（完成所有初始化任务之后）时，状态为 MODULE_STATE_LIVE; 
 在模块正在卸载移除时，状态为 MODULE_STATE_GOING. 
 */
 enum module_state state;//模块内部状态
 //模块链表指针,将所有加载模块保存到一个双链表中,链表的表头是定义在 的全局变量 modules。 
 struct list_head list;
 char name[MODULE_NAME_LEN];//模块名
 /* Sysfs stuff. */
 struct module_kobject mkobj;//包含一个kobject数据结构
 struct module_attribute *modinfo_attrs;
 const char *version;
 const char *srcversion;
 struct kobject *holders_dir;
 /*syms,num_syms,crcs 用于管理模块导出的符号。syms是一个数组，有 num_syms 个数组项， 
 数组项类型为 kernel_symbol,负责将标识符（name）分配到内存地址（value）： 
 struct kernel_symbol 
 { 
     unsigned long value; 
     const char *name; 
 }; 
 crcs 也是一个 num_syms 个数组项的数组，存储了导出符号的校验和，用于实现版本控制 
 */
 const struct kernel_symbol *syms;//指向导出符号数组的指针
 const unsigned long *crcs;//指向导出符号CRC值数组的指针
 unsigned int num_syms;//导出符号数
 struct kernel_param *kp;//内核参数
 unsigned int num_kp;//内核参数个数 
 /*在导出符号时，内核不仅考虑了可以有所有模块（不考虑许可证类型）使用的符号，还要考虑只能由 GPL 兼容模块使用的符号。 第三类的符号当前仍然可以有任意许可证的模块使用，但在不久的将来也会转变为只适用于 GPL 模块。gpl_syms,num_gpl_syms,gpl_crcs 成员用于只提供给 GPL 模块的符号；gpl_future_syms,num_gpl_future_syms,gpl_future_crcs 用于将来只提供给 GPL 模块的符号。unused_gpl_syms 和 unused_syms 以及对应的计数器和校验和成员描述。 这两个数组用于存储（只适用于 GPL）已经导出， 但 in-tree 模块未使用的符号。在out-of-tree 模块使用此类型符号时，内核将输出一个警告消息。 
*/ 
 unsigned int num_gpl_syms;//GPL格式导出符号数
 const struct kernel_symbol *gpl_syms;//指向GPL格式导出符号数组的指针
 const unsigned long *gpl_crcs;//指向GPL格式导出符号CRC值数组的指针
 
#ifdef CONFIG_MODULE_SIG  
 bool sig_ok;/* Signature was verified. */
#endif
  /* symbols that will be GPL-only in the near future. */
 const struct kernel_symbol *gpl_future_syms;
 const unsigned long *gpl_future_crcs;
 unsigned int num_gpl_future_syms;
  
 /*如果模块定义了新的异常，异常的描述保存在 extable数组中。 num_exentries 指定了数组的长度。 */
 unsigned int num_exentries;
 struct exception_table_entry *extable;
  
  /*模块的二进制数据分为两个部分；初始化部分和核心部分。 
 前者包含的数据在转载结束后都可以丢弃（例如：初始化函数），后者包含了正常运行期间需要的所有数据。   
 初始化部分的起始地址保存在 module_init,长度为 init_size 字节； 
 核心部分有 module_core 和 core_size 描述。 
 */
 int (*init)(void);//模块初始化方法，指向一个在模块初始化时调用的函数
 void *module_init;//用于模块初始化的动态内存区指针
 void *module_core;//用于模块核心函数与数据结构的动态内存区指针
 //用于模块初始化的动态内存区大小和用于模块核心函数与数据结构的动态内存区指针
 unsigned int init_size, core_size;
 //模块初始化的可执行代码大小，模块核心可执行代码大小，只当模块链接时使用
 unsigned int init_text_size, core_text_size;
 /* Size of RO sections of the module (text+rodata) */
 unsigned int init_ro_size, core_ro_size;
 struct mod_arch_specific arch;//依赖于体系结构的字段
 /*如果模块会污染内核，则设置 taints.污染意味着内核怀疑该模块做了一个有害的事情，可能妨碍内核的正常运作。 
 如果发生内核恐慌（在发生致命的内部错误，无法恢复正常运作时，将触发内核恐慌），那么错误诊断也会包含为什么内核被污染的有关信息。 
 这有助于开发者区分来自正常运行系统的错误报告和包含某些可疑因素的系统错误。 
 add_taint_module 函数用来设置 struct module 的给定实例的 taints 成员。 
  
 模块可能因两个原因污染内核： 
 1，如果模块的许可证是专有的，或不兼容 GPL，那么在模块载入内核时，会使用 TAINT_PROPRIETARY_MODULE. 
   由于专有模块的源码可能弄不到，模块在内核中作的任何事情都无法跟踪，因此，bug 很可能是由模块引入的。 
  
   内核提供了函数 license_is_gpl_compatible 来判断给定的许可证是否与 GPL 兼容。 
 2，TAINT_FORCED_MODULE 表示该模块是强制装载的。如果模块中没有提供版本信息，也称为版本魔术（version magic）， 
   或模块和内核某些符号的版本不一致，那么可以请求强制装载。  
 */
 unsigned int taints;    /* same bits as kernel:tainted */
 char *args;//模块链接时使用的命令行参数
 
#ifdef CONFIG_SMP/
 void __percpu *percpu;/*percpu 指向属于模块的各 CPU 数据。它在模块装载时初始化*/   
 unsigned int percpu_size;
#endif
 
#ifdef CONFIG_TRACEPOINTS
 unsigned int num_tracepoints;
 struct tracepoint * const *tracepoints_ptrs;
#endif
#ifdef HAVE_JUMP_LABEL
 struct jump_entry *jump_entries;
 unsigned int num_jump_entries;
#endif
#ifdef CONFIG_TRACING
  unsigned int num_trace_bprintk_fmt;
 const char **trace_bprintk_fmt_start;
#endif
#ifdef CONFIG_EVENT_TRACING
 struct ftrace_event_call **trace_events;
 unsigned int num_trace_events;
#endif
#ifdef CONFIG_FTRACE_MCOUNT_RECORD
 unsigned int num_ftrace_callsites;
 unsigned long *ftrace_callsites;
#endif
 
#ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD
 /* What modules depend on me? */
 struct list_head source_list;
 /* What modules do I depend on? */
 struct list_head target_list;
 struct task_struct *waiter;//正卸载模块的进程
 void (*exit)(void);//模块退出方法
 /*module_ref 用于引用计数。系统中的每个 CPU，都对应到该数组中的数组项。该项指定了系统中有多少地方使用了该模块。 
内核提供了 try_module_get 和 module_put 函数，用对引用计数器加1或减1，如果调用者确信相关模块当前没有被卸载， 
也可以使用 __module_get 对引用计数加 1.相反，try_module_get 会确认模块确实已经加载。
 struct module_ref { 
   unsigned int incs; 
   unsigned int decs; 
  } 
*/ 
 struct module_ref __percpu *refptr;//模块计数器，每个cpu一个
 #endif

#ifdef CONFIG_CONSTRUCTORS
 /* Constructor functions. */
 ctor_fn_t *ctors;
 unsigned int num_ctors;
#endif
};

三、模块链接过程
用户可以通过执行insmod外部程序把一个模块链接到正在运行的内核中。该过程执行以下操作：
1.从命令行中读取要链接的模块名
2.确定模块对象代码所在的文件在系统目录树中的位置。
3.从磁盘读入存有模块目标代码的文件。
4.调用init_module()系统调用。函数将模块二进制文件复制到内核，然后由内核完成剩余的任务。
5.init_module函数通过系统调用层，进入内核到达内核函数 sys_init_module，这是加载模块的主要函数。
6.结束。

四、insmod过程解析
1.obj_file记录模块信息
struct obj_file
{
  ElfW(Ehdr) header;//指向elf header
  ElfW(Addr) baseaddr;//模块的基址
  struct obj_section **sections;//指向节区头部表，包含每个节区头部
  struct obj_section *load_order;//节区load顺序
  struct obj_section **load_order_search_start;//
  struct obj_string_patch_struct *string_patches;//patch的字符串
  struct obj_symbol_patch_struct *symbol_patches;//patch的符号
  int (*symbol_cmp)(const char *, const char *);//指向strcmp函数
  unsigned long (*symbol_hash)(const char *);//指向obj_elf_hash函数
  unsigned long local_symtab_size;//局部符号表大小
  struct obj_symbol **local_symtab;//局部符号表
  struct obj_symbol *symtab[HASH_BUCKETS];//符号hash表
  const char *filename;//模块名
  char *persist;
};

2.obj_section记录模块节区信息
struct obj_section
{
  ElfW(Shdr) header;//指向本节区头结构
  const char *name;//节区名
  char *contents;//从节区头内容偏移处获得的节区内容
  struct obj_section *load_next;//指向下一个节区
  int idx;//该节区索引值
};

3.module_stat结构记录每一个模块的信息
struct module_stat {
 char *name;//模块名称
 unsigned long addr;//模块地址
 unsigned long modstruct; /* COMPAT_2_0! *//* depends on architecture? */
 unsigned long size;//模块大小
 unsigned long flags;//标志
 long usecount;//模块计数
 size_t nsyms;//模块中的符号个数
 struct module_symbol *syms;//指向模块符号
 size_t nrefs;//模块依赖其他模块的个数
 struct module_stat **refs;//依赖的模块数组
 unsigned long status;//模块状态
};

4.
struct load_info {
 Elf_Ehdr *hdr;//指向elf头
 unsigned long len;
 Elf_Shdr *sechdrs;//指向节区头
 char *secstrings;//指向节区名称的字符串节区
 char *strtab;//指向符号节区
 unsigned long symoffs, stroffs;
 struct _ddebug *debug;
 unsigned int num_debug;
 bool sig_ok;
 struct {
  unsigned int sym, str, mod, vers, info, pcpu;
 } index;
};

5.代码分析

---恢复内容结束---

一、概述
模块是作为ELF对象文件存放在文件系统中的，并通过执行insmod程序链接到内核中。对于每个模块，系统都要分配一个包含以下数据结构的内存区。
一个module对象，表示模块名的一个以null结束的字符串，实现模块功能的代码。在2.6内核以前，insmod模块过程主要是通过modutils中的insmod加载，大量工作都是在用户空间完成。但在2.6内核以后，系统使用busybox的insmod指令，把大量工作移到内核代码处理，参见模块加载过程代码分析2.
二、相关数据结构
1.module对象描述一个模块。一个双向循环链表存放所有module对象，链表头部存放在modules变量中，而指向相邻单元的指针存放在每个module对象的list字段中。
struct module
{
 /*state 表示该模块的当前状态。 
 enum module_state 
 { 
     MODULE_STATE_LIVE, 
     MODULE_STATE_COMING, 
     MODULE_STATE_GOING, 
 }; 
 在装载期间，状态为 MODULE_STATE_COMING; 
 正常运行（完成所有初始化任务之后）时，状态为 MODULE_STATE_LIVE; 
 在模块正在卸载移除时，状态为 MODULE_STATE_GOING. 
 */
 enum module_state state;//模块内部状态
 //模块链表指针,将所有加载模块保存到一个双链表中,链表的表头是定义在 的全局变量 modules。 
 struct list_head list;
 char name[MODULE_NAME_LEN];//模块名
 /* Sysfs stuff. */
 struct module_kobject mkobj;//包含一个kobject数据结构
 struct module_attribute *modinfo_attrs;
 const char *version;
 const char *srcversion;
 struct kobject *holders_dir;
 /*syms,num_syms,crcs 用于管理模块导出的符号。syms是一个数组，有 num_syms 个数组项， 
 数组项类型为 kernel_symbol,负责将标识符（name）分配到内存地址（value）： 
 struct kernel_symbol 
 { 
     unsigned long value; 
     const char *name; 
 }; 
 crcs 也是一个 num_syms 个数组项的数组，存储了导出符号的校验和，用于实现版本控制 
 */
 const struct kernel_symbol *syms;//指向导出符号数组的指针
 const unsigned long *crcs;//指向导出符号CRC值数组的指针
 unsigned int num_syms;//导出符号数
 struct kernel_param *kp;//内核参数
 unsigned int num_kp;//内核参数个数 
 /*在导出符号时，内核不仅考虑了可以有所有模块（不考虑许可证类型）使用的符号，还要考虑只能由 GPL 兼容模块使用的符号。 第三类的符号当前仍然可以有任意许可证的模块使用，但在不久的将来也会转变为只适用于 GPL 模块。gpl_syms,num_gpl_syms,gpl_crcs 成员用于只提供给 GPL 模块的符号；gpl_future_syms,num_gpl_future_syms,gpl_future_crcs 用于将来只提供给 GPL 模块的符号。unused_gpl_syms 和 unused_syms 以及对应的计数器和校验和成员描述。 这两个数组用于存储（只适用于 GPL）已经导出， 但 in-tree 模块未使用的符号。在out-of-tree 模块使用此类型符号时，内核将输出一个警告消息。 
*/ 
 unsigned int num_gpl_syms;//GPL格式导出符号数
 const struct kernel_symbol *gpl_syms;//指向GPL格式导出符号数组的指针
 const unsigned long *gpl_crcs;//指向GPL格式导出符号CRC值数组的指针
 
#ifdef CONFIG_MODULE_SIG  
 bool sig_ok;/* Signature was verified. */
#endif
  /* symbols that will be GPL-only in the near future. */
 const struct kernel_symbol *gpl_future_syms;
 const unsigned long *gpl_future_crcs;
 unsigned int num_gpl_future_syms;
  
 /*如果模块定义了新的异常，异常的描述保存在 extable数组中。 num_exentries 指定了数组的长度。 */
 unsigned int num_exentries;
 struct exception_table_entry *extable;
  
  /*模块的二进制数据分为两个部分；初始化部分和核心部分。 
 前者包含的数据在转载结束后都可以丢弃（例如：初始化函数），后者包含了正常运行期间需要的所有数据。   
 初始化部分的起始地址保存在 module_init,长度为 init_size 字节； 
 核心部分有 module_core 和 core_size 描述。 
 */
 int (*init)(void);//模块初始化方法，指向一个在模块初始化时调用的函数
 void *module_init;//用于模块初始化的动态内存区指针
 void *module_core;//用于模块核心函数与数据结构的动态内存区指针
 //用于模块初始化的动态内存区大小和用于模块核心函数与数据结构的动态内存区指针
 unsigned int init_size, core_size;
 //模块初始化的可执行代码大小，模块核心可执行代码大小，只当模块链接时使用
 unsigned int init_text_size, core_text_size;
 /* Size of RO sections of the module (text+rodata) */
 unsigned int init_ro_size, core_ro_size;
 struct mod_arch_specific arch;//依赖于体系结构的字段
 /*如果模块会污染内核，则设置 taints.污染意味着内核怀疑该模块做了一个有害的事情，可能妨碍内核的正常运作。 
 如果发生内核恐慌（在发生致命的内部错误，无法恢复正常运作时，将触发内核恐慌），那么错误诊断也会包含为什么内核被污染的有关信息。 
 这有助于开发者区分来自正常运行系统的错误报告和包含某些可疑因素的系统错误。 
 add_taint_module 函数用来设置 struct module 的给定实例的 taints 成员。 
  
 模块可能因两个原因污染内核： 
 1，如果模块的许可证是专有的，或不兼容 GPL，那么在模块载入内核时，会使用 TAINT_PROPRIETARY_MODULE. 
   由于专有模块的源码可能弄不到，模块在内核中作的任何事情都无法跟踪，因此，bug 很可能是由模块引入的。 
  
   内核提供了函数 license_is_gpl_compatible 来判断给定的许可证是否与 GPL 兼容。 
 2，TAINT_FORCED_MODULE 表示该模块是强制装载的。如果模块中没有提供版本信息，也称为版本魔术（version magic）， 
   或模块和内核某些符号的版本不一致，那么可以请求强制装载。  
 */
 unsigned int taints;    /* same bits as kernel:tainted */
 char *args;//模块链接时使用的命令行参数
 
#ifdef CONFIG_SMP/
 void __percpu *percpu;/*percpu 指向属于模块的各 CPU 数据。它在模块装载时初始化*/   
 unsigned int percpu_size;
#endif
 
#ifdef CONFIG_TRACEPOINTS
 unsigned int num_tracepoints;
 struct tracepoint * const *tracepoints_ptrs;
#endif
#ifdef HAVE_JUMP_LABEL
 struct jump_entry *jump_entries;
 unsigned int num_jump_entries;
#endif
#ifdef CONFIG_TRACING
  unsigned int num_trace_bprintk_fmt;
 const char **trace_bprintk_fmt_start;
#endif
#ifdef CONFIG_EVENT_TRACING
 struct ftrace_event_call **trace_events;
 unsigned int num_trace_events;
#endif
#ifdef CONFIG_FTRACE_MCOUNT_RECORD
 unsigned int num_ftrace_callsites;
 unsigned long *ftrace_callsites;
#endif
 
#ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD
 /* What modules depend on me? */
 struct list_head source_list;
 /* What modules do I depend on? */
 struct list_head target_list;
 struct task_struct *waiter;//正卸载模块的进程
 void (*exit)(void);//模块退出方法
 /*module_ref 用于引用计数。系统中的每个 CPU，都对应到该数组中的数组项。该项指定了系统中有多少地方使用了该模块。 
内核提供了 try_module_get 和 module_put 函数，用对引用计数器加1或减1，如果调用者确信相关模块当前没有被卸载， 
也可以使用 __module_get 对引用计数加 1.相反，try_module_get 会确认模块确实已经加载。
 struct module_ref { 
   unsigned int incs; 
   unsigned int decs; 
  } 
*/ 
 struct module_ref __percpu *refptr;//模块计数器，每个cpu一个
 #endif

#ifdef CONFIG_CONSTRUCTORS
 /* Constructor functions. */
 ctor_fn_t *ctors;
 unsigned int num_ctors;
#endif
};

三、模块链接过程
用户可以通过执行insmod外部程序把一个模块链接到正在运行的内核中。该过程执行以下操作：
1.从命令行中读取要链接的模块名
2.确定模块对象代码所在的文件在系统目录树中的位置。
3.从磁盘读入存有模块目标代码的文件。
4.调用init_module()系统调用。函数将模块二进制文件复制到内核，然后由内核完成剩余的任务。
5.init_module函数通过系统调用层，进入内核到达内核函数 sys_init_module，这是加载模块的主要函数。
6.结束。

四、insmod过程解析
1.obj_file记录模块信息
struct obj_file
{
  ElfW(Ehdr) header;//指向elf header
  ElfW(Addr) baseaddr;//模块的基址
  struct obj_section **sections;//指向节区头部表，包含每个节区头部
  struct obj_section *load_order;//节区load顺序
  struct obj_section **load_order_search_start;//
  struct obj_string_patch_struct *string_patches;//patch的字符串
  struct obj_symbol_patch_struct *symbol_patches;//patch的符号
  int (*symbol_cmp)(const char *, const char *);//指向strcmp函数
  unsigned long (*symbol_hash)(const char *);//指向obj_elf_hash函数
  unsigned long local_symtab_size;//局部符号表大小
  struct obj_symbol **local_symtab;//局部符号表
  struct obj_symbol *symtab[HASH_BUCKETS];//符号hash表
  const char *filename;//模块名
  char *persist;
};

2.obj_section记录模块节区信息
struct obj_section
{
  ElfW(Shdr) header;//指向本节区头结构
  const char *name;//节区名
  char *contents;//从节区头内容偏移处获得的节区内容
  struct obj_section *load_next;//指向下一个节区
  int idx;//该节区索引值
};

3.module_stat结构记录每一个模块的信息
struct module_stat {
 char *name;//模块名称
 unsigned long addr;//模块地址
 unsigned long modstruct; /* COMPAT_2_0! *//* depends on architecture? */
 unsigned long size;//模块大小
 unsigned long flags;//标志
 long usecount;//模块计数
 size_t nsyms;//模块中的符号个数
 struct module_symbol *syms;//指向模块符号
 size_t nrefs;//模块依赖其他模块的个数
 struct module_stat **refs;//依赖的模块数组
 unsigned long status;//模块状态
};

4.
struct load_info {
 Elf_Ehdr *hdr;//指向elf头
 unsigned long len;
 Elf_Shdr *sechdrs;//指向节区头
 char *secstrings;//指向节区名称的字符串节区
 char *strtab;//指向符号节区
 unsigned long symoffs, stroffs;
 struct _ddebug *debug;
 unsigned int num_debug;
 bool sig_ok;
 struct {
  unsigned int sym, str, mod, vers, info, pcpu;
 } index;
};

5.代码分析