Aygıt Sürücüleri ve Çekirdek Modülleri

Çekirdek modülleri yani kernel modules, kernel içerisinde ve kernel space içerisinde çalışan kodlardır. Eğer bir modül bir cihaz için yazılıyorsa o device driver yani aygıt sürücüsü olur. Yani aygıt sürücüleri, çekirdek modüllerinin bir alt kümesidir.

Aygıt sürücüler donanımın interrupt kontrolcülerine erişmek isteyecektir tipik olarak ya da donanım register’larına erişmek isteyecektir. Bu tarz özel erişimler user space tarafından mümkün olmamaktadır.

Kernel’in bilgisayarın donanımları ile konuşabilmesi için bir sürücüye ihtiyacı vardır. Aksi taktirde kernel, donanıma istediğini yaptıramaz.

Doğal olarak her işletim sisteminin aygıt sürücüsü farklıdır: Windows vs Linux Genel bir aygıt sürücüsü yazmak diye bir şey yoktur. Hatta Linux özelinde konuşacak olursak kernel versiyonu değiştikçe sürücülerin de değişmesi gerekebilmektedir çünkü kernelin kendi kodu da değişmektedir.

Not

Yine de versiyon 2.6’dan sonra çok büyük köklü değişikliklerin olmadığını söylemek yanlış olmaz. O yüzden klasik kitaplardan LDD3’ün hala geçerli olduğunu düşünebiliriz.

Aygıt sürücüler gibi kernel modüllerde tüm C fonksiyonları kullanılamaz çünkü standart C kütüphanesi, kernel içerisinde kullanılmamaktadır. Kernel tarafından sağlanan başka fonksiyonlar ve header yani başlık dosyaları vardır. Bizler öncelikle gerekli dosyaları kurmalıyız.

Gerekli Dosyaların Elde Edilmesi

Kernel modülü yazmak için kaynak kodlara ihtiyacımız yok fakat istersek Ubuntu gibi sistemlerde linux-source paketini apt ile kurabiliriz. Bu paket ile Canonical’ın patch’lerinin uygulanmış olduğu kernel kodu sistemimize gelecektir.

$ apt search linux-source

...

linux-source/jammy-updates,jammy-updates,jammy-security,jammy-security 5.15.0.102.99 all

  Linux kernel source with Ubuntu patches

...

Bu paketi kurarsak kaynak kodu /usr/src altına gelmektedir.

Kernelin sunduğu çeşitli fonksiyon ve macroları kullanabilmek için başlık dosyalarına ihtiyacımız vardır. Bunlar /usr/src/linux-headers-... içinde bulunur. Bunun için linux-source kurmamıza gerek yoktur.

ay@ubuntu2204:~$ ls -d /usr/src/linux-headers-$(uname -r)
/usr/src/linux-headers-6.5.0-27-generic

gibi.

Yüklenebilir kernel modülleri tipik olarak /lib/modules/$(uname -r) altında bulunur. Bizim modülleri derlememiz için gerekli olan çeşitli dosyalar da burada yer alır.

ay@ubuntu2204:~$ ls -d /lib/modules/$(uname -r)
/lib/modules/6.5.0-27-generic

Kernel Fonksiyonları

Kernel modülünde user space kütüphaneleri kullanılamaz, örn malloc(), free(), printf() kullanılamaz. Burada kernel içerisindeki bazı fonksiyonları kullanabiliriz, bunlar kernel tarafından export edilir. Kernel içerisindeki her fonksiyon, driver içerisinden kullanılamaz. Bu fonksiyonlar doğal olarak user tarafından da çağrılamaz. Sistem programlama yani sistem fonksiyonlarının bu export edilen fonksiyonlarla bir ilgisi yoktur.

Bir kernel modülü içerisindeki belli fonksiyonlar da programcı tarafından export edilebilir. Böyle bir durumda bu fonksiyonlar da başka modüller tarafından kullanılabilir. Günün sonunda eklenen bir modül kernelin bir parçası haline geliyor ve o da bir şeyler export edebiliyor.

Monolitik ve C’de yazılmış bir kernelin böyle bir “plug-in” mekanizması içermesi şaşırtıcı değil mi?

Kernel Modüllerinin Derlenmesi ve Link Edilmesi

Normalde statik ve dinamik link şeklinde iki tip link biliyoruz user space programlar için. Kernel modüllerinin derlenmesi ve link edilmesi, user space programlardan daha karmaşık olabilir. Kernel geliştiricileri bizler için bu işleri kolay yapabilmemiz için Makefile lar veriyorlar.

Derlenmiş kernel modülleri birer ELF object file formatındadır ama kendilerine özel çeşitli section lar içerirler. Böyle bir formatın çıkabilmesi için GCC’nin özel switch’ler ile çağırılması gerekir.

Örnek

Aşağıdaki Makefile örnek olarak verilmiştir.

obj-m += helloworld.o

all:
  make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=${PWD} modules
clean:
  make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=${PWD} clean

veya (alttakini tercih edin [1])

obj-m += helloworld.o

PWD := $(CURDIR)

all:
  make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
clean:
  make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

Yukarıdaki Makefile bir boilerplate code olarak kullanılabilir.

obj-m, kernel tarafından sağlanan Makefile’ların kullandığı bir değişkendir:

A makefile symbol used by the kernel build system to determine which modules should be built in the current directory

Aslı işi yapan yer -C ile belirtilen yerdeki Makefile dosyalarıdır. Bunlar, kernel geliştiricileri tarafından sağlanır.

$ cat /lib/modules/$(uname -r)/build/Makefile

...

Yukarıdaki Makefile, helloword.c dosyasının derlenmesini sağlamaktadır.

Eğer birden fazla dosya varsa:

obj-m += a.o b.o c.o

veya

obj-m += a.o
obj-m += b.o
obj-m += c.o

yapabiliriz.

Bu dosyayı parametrik de yapabiliriz:

obj-m += ${file}.o
#...

sonra

make file=helloworld

diyebiliriz.

Kaynaklar

Genel Kaynaklar
127-2625

💭 Yorumlar

Yorum altyapısı giscus tarafından (evet tarafından!) sağlanmaktadır. Yorum yazabilmek için GitHub hesabınız üzerinden giriş yapmanız gerekmektedir. Yorumlar, Github Discussions üzerinde saklanmaktadır.

11abc6dd-d8e8-44f1-9ad4-c18530c13372