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File metadata and controls

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管理 Linux 上的内核驱动程序和模块

介绍

内核模块是 Linux 操作系统中必不可少的组件，可以扩展内核的功能，而无需重新启动系统。这些模块可以动态加载和卸载，从而可以灵活高效地管理硬件驱动程序、文件系统和其他内核功能。本文将指导用于操作内核模块的各种命令，并附有示例来说明它们的用法。

使用内核模块的好处

  • 灵活性：可以根据需要加载和卸载模块，无需重新启动系统。
  • 效率：只加载必要的模块，节省内存。
  • 定制：用户可以根据其特定的硬件和软件需求定制系统。

列出模块

要列出 Linux 中的所有内核模块（包括已加载和未加载的模块），我们可以使用命令和系统目录的组合。操作方法如下：

1. 列出已加载的模块：使用lsmod命令列出当前已加载的内核模块：

lsmod
Module                  Size  Used by
arptable_filter        12702  1
xt_nat                 12681  1
macvlan                19239  0
veth                   13458  0
xt_CT                  12956  2
nf_log_ipv4            12767  0
nf_log_common          13317  1 nf_log_ipv4
xt_LOG                 12690  0
xt_limit               12711  0
iptable_raw            12678  1
ip_set_hash_net        36021  2
vxlan                  53857  0
ip6_udp_tunnel         12755  1 vxlan
udp_tunnel             14423  1 vxlan
...

说明：Module、Size 和 Used by 列分别有以下含义：

模块：

  • 此列表示模块的名称。内核模块是加载到Linux内核中的可扩展组件，用于提供额外的功能，例如文件系统支持、网络功能或驱动硬件程序。
  • 每个模块都有唯一的名称，通常提供相关的功能。

大小：

  • 此列表示模块的大小，单位是字节。它指的是在内存中占用的空间。
  • 大小并不直接与磁盘上的文件大小相关，而是内核加载模块分配给它的内存量。

被谁（其它模块）使用： -此列显示有多少个其他模块或进程正在使用该模块。

  • 数值为0表示模块已加载，但当前没有进程或其他依赖模块。
  • 如果有非零值，则表明有其他模块或进程在使用该模块。例如，一个模块可能被多个程序或模块引用，如网络堆栈中的防火墙规则使用网络相关的模块。

2. 列出所有可用模块（包括未加载的模块）：我们可以通过查看 /lib/modules/$(uname -r)/ 目录来找到所有可用模块，方法如下：

find /lib/modules/$(uname -r) -type f -name '*.ko*'
/lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/drivers/platform/x86/acerhdf.ko.xz
/lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/drivers/platform/x86/amilo-rfkill.ko.xz
/lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/drivers/platform/x86/apple-gmux.ko.xz
/lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/drivers/platform/x86/asus-laptop.ko.xz
/lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/drivers/platform/x86/asus-nb-wmi.ko.xz
/lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/drivers/platform/x86/asus-wmi.ko.xz
/lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/drivers/platform/x86/chromeos_laptop.ko.xz
/lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/drivers/platform/x86/classmate-laptop.ko.xz
/lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/drivers/platform/x86/compal-laptop.ko.xz
...

此命令将列出当前内核版本的模块目录中的所有内核目标文件（*.ko 或 *.ko.xz）。

我们可以通过如下命令统计内核模块的数量：

查找 /lib/modules/$(uname -r) -type f -name '*.ko*' | wc -l
2513

3. 要获取更易读的模块名称列表（不含完整路径），我们可以使用方式：

find /lib/modules/$(uname -r) -type f -name '*.ko*' | sed 's/.*\/\([^\/]*\)\.ko.*/\1/'
snd-util-mem
snd-usb-6fire
snd-bcd2000
snd-usb-caiaq
snd-usb-hiface
snd-usb-line6
snd-usb-pod
snd-usb-podhd
snd-usb-toneport
snd-usb-variax
snd-ua101
snd-usb-audio
snd-usbmidi-lib
snd-usb-us122l
snd-usb-usx2y
snd-hdmi-lpe-audio
irqbypass
...

请记住，确切的模块列表可能因 Linux 发行版和内核版本而异。此外，某些模块可能内置于内核中，而不是可加载模块，在这种情况下，它们不会出现在这些列表中。

显示模块信息

modinfo 命令提供有关内核模块的详细信息，包括其作者、描述、许可证和参数。

modinfo <module_name>

modinfo arptable_filter
filename:       /lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/net/ipv4/netfilter/arptable_filter.ko.xz
description:    arptables filter table
author:         David S. Miller <davem@redhat.com>
license:        GPL
retpoline:      Y
rhelversion:    7.9
srcversion:     B4EA00DA2CA37FA761AEE7F
depends:        arp_tables # <------- 依赖 arp_tables
intree:         Y
vermagic:       3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64 SMP mod_unload modversions
signer:         CentOS Linux kernel signing key
sig_key:        68:EA:10:3F:2C:90:A8:DC:0B:B0:44:6C:06:D1:45:61:F2:9E:11:72
sig_hashalgo:   sha256

输出信息典型中，每个字段的含义如下（以 modinfo arptable_filter 为例）：

  1. filename: 内核模块文件的路径和名称。这里是指arptable_filter.ko.xz，.xz表示该文件是压缩过的。
  2. 描述：内核模块的简要描述。这里说明这是一个arptables的过滤表。
  3. 作者：内核模块的作者。这里是David S. Miller，并且给出了他的电子邮件地址。
  4. license：内核模块使用的许可证类型。这里使用的是GPL（通用公共）许可证。
  5. retpoline: 表示该模块是否支持retpoline，这是一种用于解除Spectre攻击的编译器技术。这里标记为Y，表示支持。
  6. rhelversion: 表示该模块兼容的Red Hat Enterprise Linux（RHEL）版本。这里指的是7.9版本。
  7. srcversion：内核模块的源代码版本。这里是一个特定的版本标识符。
  8. depends: 该模块依赖于arp_tables模块。这里arptable_filter依赖于arp_tables模块。
  9. intree: 表示该模块是否是内核源代码树的一部分。Y表示是。
  10. vermagic: 内核模块的版本魔术字符串，包含内核版本、是否支持SMP（便宜多处理）、模块卸载、模块版本信息等。
  11. signer：内核模块的签名者。这里指的是CentOS Linux的内核签名密钥。
  12. sig_key：签名密钥的指纹，用于验证模块的来源和区别。
  13. sig_hashalgo：用于生成签名的哈希算法。这里使用的是SHA-256算法。

注意：此命令适用于已加载和未加载的模块

检查模块依赖关系

  • 直接依赖项：这些是模块运行所需的直接依赖项。它们列在 modules.dep 文件中。
  • 间接依赖：这些是直接依赖的依赖。换句话说，它们是原始模块所依赖的模块所需的模块。

在 modules.dep 中使用 grep 查找

modules.dep 文件包含每个内核模块的 直接依赖项 列表。我们可以使用 grep 命令搜索特定模块并查看其直接依赖项。

grep <module_name>  /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep

grep arptable_filter /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep
kernel/net/ipv4/netfilter/arptable_filter.ko.xz: kernel/net/ipv4/netfilter/arp_tables.ko.xz

**注意：**如果指定的单词存在于其他条目中，此命令也可能会产生其他输出。

使用“modprobe --show-depends”

modprobe --show-depends 命令通过解决直接和间接依赖关系提供更全面的视图。它确保所有必要的模块都以正确的顺序加载。

modprobe --show-depends <module_name>

modprobe --show-depends arptable_filter
insmod /lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/net/ipv4/netfilter/arp_tables.ko.xz
insmod /lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/net/ipv4/netfilter/arptable_filter.ko.xz

说明

insmod 是 Linux 中用于直接加载内核模块的命令，它插入指定的模块文件（通常为 .ko 或 .ko.xz 格式）插入内核。insmod /lib/modules/3.10. 0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/net/ipv4/netfilter/arp_tables.ko.xz 表示，在加载 arptable_filter 模块之前，必须先加载其依赖的arp_tables 模块。

insmod /lib/modules/3.10.0-1160.119.1.el7.x86_64/kernel/net/ipv4/netfilter/arptable_filter.ko.xz 表示加载目标模块 arptable_filter。它依赖于 arp_tables，扩展了ARP数据包的过滤功能，用于在ARP表上应用特定的过滤规则。

  • 依赖关系：arptable_filter模块依赖于arp_tables模块，这意味着在加载arptable_filter模块时，必须先加载arp_tables模块。
  • 加载顺序：
    1. 先加载 arp_tables 模块。
    2. 然后加载arptable_filter模块。

加载模块

使用 modprobe 加载模块

modprobe 命令是加载内核模块最常用的工具。它会自动处理模块依赖关系，让管理复杂的模块层次结构变得更加容易。

sudo modprobe <module_name>

使用 insmod 加载模块

或者，您可以使用“insmod”命令，它需要模块文件的完整路径并且不会自动处理依赖关系。

sudo insmod /<path-to-the-module>

自动模块加载

持久模块加载：要在启动时自动加载模块，请将它们添加到 /etc/modules 或某些发行版中的 /etc/modules-load.d/。

echo "[module_name]" | sudo tee -a /etc/modules
 
 # 在/etc/modules-load.d/中添加配置文件，包含需要加载的模块。例如：
ll /etc/modules-load.d/
total 36
-rw-r--r--. 1 root root 11 Mar 11  2024 arp_tables.conf
-rw-r--r--. 1 root root 13 Mar 11  2024 br_netfilter.conf
-rw-r--r--. 1 root root 13 Mar 11  2024 dm_thin_pool.conf
-rw-r--r--. 1 root root  6 Mar 11  2024 ip_vs.conf
-rw-r--r--. 1 root root  9 Mar 11  2024 ip_vs_rr.conf
-rw-r--r--. 1 root root  9 Mar 11  2024 ip_vs_sh.conf
-rw-r--r--. 1 root root 10 Mar 11  2024 ip_vs_wrr.conf
-rwxr-xr-x  1 root root  8 Mar 19  2024 kiodump.conf
-rw-r--r--. 1 root root 18 Mar 11  2024 nf_conntrack_ipv4.conf

cat /etc/modules-load.d/arp_tables.conf
arp_tables

为硬件创建 Udev 规则：可以创建 Udev 规则，当检测到特定硬件时自动加载模块。Udev 规则放在 /etc/udev/rules.d/ 中。

cat /etc/udev/rules.d/70-persistent-ipoib.rules
# This is a sample udev rules file that demonstrates how to get udev to
# set the name of IPoIB interfaces to whatever you wish.  There is a
# 16 character limit on network device names.
#
# Important items to note: ATTR{type}=="32" is IPoIB interfaces, and the
# ATTR{address} match must start with ?* and only reference the last 8
# bytes of the address or else the address might not match the variable QPN
# portion.
#
# Modern udev is case sensitive and all addresses need to be in lower case.
#
# ACTION=="add", SUBSYSTEM=="net", DRIVERS=="?*", ATTR{type}=="32", ATTR{address}=="?*00:02:c9:03:00:31:78:f2", NAME="mlx4_ib3"

删除模块

使用 modprobe -r

要删除模块，您可以使用“modprobe -r”命令，该命令也可以处理依赖项。

sudo modprobe -r <module_name>

使用 rmmod

rmmod 命令也可用于删除模块，但它不处理依赖关系**。

sudo rmmod <module_name>

排除常见驱动程序问题

1. 模块加载失败：

  • 症状：尝试加载模块时出现错误消息。
  • 解决方案：检查 dmesg 中的错误日志。确保模块与您的内核版本兼容。

2. 硬件无法识别：

  • 症状：设备不工作或未被检测到。
  • 解决方案：加载适当的驱动模块。检查硬件兼容性。

3. 冲突的模块：

  • 症状：系统不稳定或硬件无法正常运行。
  • 解决方案：使用 lsmod 和 modprobe -r 识别并删除冲突的模块。

4. 模块依赖关系:

  • 问题：一些模块依赖其他模块才能正常运行。
  • 解决方案：使用 modinfo [module_name] 查看模块依赖关系并相应地加载它们。

生成模块依赖关系

depmod 命令用于生成 modules.dep 和 map 文件，这些文件对于 modprobe 命令正确解析依赖关系至关重要。

depmod -a

此命令通常在系统启动期间和安装新内核模块后自动运行。

结论

大多数情况下，如果发行版不支持开箱即用的硬件，或者正在使用提供自己的内核模块的第三方应用程序（如 VMware），那么我们才需要处理内核模块。学习和掌握如何添加或删除内核模块技能不会让你吃亏。即使现在不需要它们，有可能在将来的某一天会用上本文中介绍的技巧。