我们编写的内核模块，经过编译，最终形成.ko为后缀的ELF文件。我们可以使用file命令来查看它。

那么这样的文件是如何被内核一步一步拿到并且很好的工作的呢？ 为了便于我们更好的理解内核模块的加载/卸载过程，可以先跟我一起学习ELF文件格式，了解ko究竟是怎么一回事儿。 再一同去看看内核源码，探究内核模块加载/卸载，以及符号导出的经过。

ko文件在数据组织形式上是ELF(Excutable And Linking Format)格式，是一种普通的可重定位目标文件。 这类文件包含了代码和数据，可以被用来链接成可执行文件或共享目标文件，静态链接库也可以归为这一类。

ELF 文件格式的可能布局如下图。

文件开始处是一个ELF头部(ELF Header)，用来描述整个文件的组织，这些信息独立于处理器， 也独立于文件中的其余内容

我们可以使用readelf工具查看elf文件的头部详细信息。

程序头部表(Program Header Table)是个数组结构，它的每一个元素的数据结构如下每个数组元素表示:

一个”段”：包含一个或者多个”节区”，程序头部仅对于可执行文件和共享目标文件有意义

其他信息：系统准备程序执行所必需的其它信息”

节区头部表/段表(Section Heade Table) ELF文件中有很多各种各样的段，这个段表(Section Header Table)就是保存这些段的基本属性的结构， ELF文件的段结构就是由段表决定的，编译器、链接器、装载器都是依靠段表来定位和访问各个段的属性的 包含了描述文件节区的信息。

ELF头部中：

e_shoff：给出从文件头到节区头部表格的偏移字节数，

e_shnum：给出表格中条目数目，

e_shentsize： 给出每个项目的字节数。

从这些信息中可以确切地定位节区的具体位置、长度和程序头部表一样， 每一项节区在节区头部表格中都存在着一项元素与它对应，因此可知，这个节区头部表格为一连续的空间， 每一项元素为一结构体(思考这节开头的那张节区和节区头部的示意图)。

我们可以加上-S参数读取elf文件的节区头部表的详细信息。

节区头部表中又包含了很多子表的信息，我们简单的来看两个。

重定位表

重定位表(“.rel.text”)位于段表之后，它的类型为(sh_type)为”SHT_REL”，即重定位表(Relocation Table) 链接器在处理目标文件时，必须要对目标文件中某些部位进行重定位，即代码段和数据段中那些对绝对地址的引用的位置， 这些重定位信息都记录在ELF文件的重定位表里面，对于每个须要重定位的代码段或者数据段，都会有一个相应的重定位表 一个重定位表同时也是ELF的一个段，这个段的类型(sh_type)就是”SHT_REL”

读取重定位表。

字符串表

ELF文件中用到了很多字符串，比如段名、变量名等。因为字符串的长度往往是不定的， 所以用固定的结构来表示比较困难，一种常见的做法是把字符串集中起来存放到一个表，然后使用字符串在表中的偏移来引用字符串。 一般字符串表在ELF文件中也以段的形式保存，常见的段名为”.strtab”(String Table 字符串表)或者”.shstrtab”(Section Header String Table 段字符串表)

读取节区字符串表。

ELF文件格式相关的知识比较晦涩，我们只需要大概了解，有个初步印象即可，主要是为了理解内核模块的加载卸载以及符号导出，在后面提到相关名词不至于太陌生。

在前面我们了解了ko内核模块文件的一些格式内容之后， 我们可以知道内核模块其实也是一段经过特殊加工的代码， 那么既然是加工过的代码，内核就可以利用到加工时留在内核模块里的信息， 对内核模块进行利用。

所以我们就可以接着了解内核模块的加载过程了。

首先 insmod 会通过文件系统将 .ko模块 读到用户空间的一块内存中， 然后执行系统调用 sys_init_module() 解析模组,这时，内核在vmalloc区分配与ko文件大小相同的内存来暂存ko文件， 暂存好之后解析ko文件，将文件中的各个section分配到init 段和core 段，在modules区为init段和core段分配内存， 并把对应的section copy到modules区最终的运行地址，经过relocate函数地址等操作后，就可以执行ko的init操作了， 这样一个ko的加载流程就结束了。 同时，init段会被释放掉，仅留下core段来运行。

第14行：通过vmalloc在vmalloc区分配内存空间，将内核模块copy到此空间，info->hdr 直接指向此空间首地址，也就是ko的elf header 。

第18行：然后通过load_module()进行模块加载的核心处理，在这里完成了模块的搬移，重定向等艰苦的过程。

下面是load_module()的详细过程，代码已经被我简化，主要包含setup_load_info()和layout_and_allocate()。

第9行：setup_load_info()加载struct load_info 和 struct module, rewrite_section_headers，将每个section的sh_addr修改为当前镜像所在的内存地址， section 名称字符串表地址的获取方式是从ELF头中的e_shstrndx获取到节区头部字符串表的标号，找到对应section在ELF文件中的偏移，再加上ELF文件起始地址就得到了字符串表在内存中的地址。

第11行：在layout_and_allocate()中，layout_sections() 负责将section 归类为core和init这两大类,为ko的第二次搬移做准备。move_module()把ko搬移到最终的运行地址。内核模块加载代码搬运过程到此就结束了。

内核模块要工作起来还得进行符号导出，后面内核模块导出符号小节有较为详细的讲解。

卸载过程相对加载比较简单，我们输入指令rmmod，最终在系统内核中需要调用sys_delete_module进行实现。

具体过程如下：先从用户空间传入需要卸载的模块名称，根据名称找到要卸载的模块指针， 确保我们要卸载的模块没有被其他模块依赖，然后找到模块本身的exit函数实现卸载。 代码如下。

第8行：确保有插入和删除模块不受限制的权利，并且模块没有被禁止插入或删除

第11行：获得模块名字

第20行：找到要卸载的模块指针

第26行：有依赖的模块，需要先卸载它们

第39行：检查模块的退出函数

第48行：停止机器，使参考计数不能移动并禁用模块

第56行：告诉通知链module_notify_list上的监听者，模块状态 变为 MODULE_STATE_GOING

第60行：等待所有异步函数调用完成

符号是什么东西？我们为什么需要导出符号呢？内核模块如何导出符号呢？其他模块又是如何找到这些符号的呢？

这是这一小节讨论的知识，实际上，符号指的就是内核模块中使用EXPORT_SYMBOL 声明的函数和变量。 当模块被装入内核后，它所导出的符号都会记录在公共内核符号表中。 在使用命令insmod加载模块后，模块就被连接到了内核，因此可以访问内核的共用符号。

通常情况下我们无需导出任何符号，但是如果其他模块想要从我们这个模块中获取某些方便的时候， 就可以考虑使用导出符号为其提供服务。这被称为模块层叠技术。 例如msdos文件系统依赖于由fat模块导出的符号；USB输入设备模块层叠在usbcore和input模块之上。 也就是我们可以将模块分为多个层，通过简化每一层来实现复杂的项目。

modprobe是一个处理层叠模块的工具，它的功能相当于多次使用insmod， 除了装入指定模块外还同时装入指定模块所依赖的其他模块。

当我们要导出模块的时候，可以使用下面的宏

符号必须在模块文件的全局部分导出，不能在函数中使用，_GPL使得导出的模块只能被GPL许可的模块使用。 编译我们的模块时，这两个宏会被拓展为一个特殊变量的声明，存放在ELF文件中。 具体也就是存放在ELF文件的符号表中：

st_name： 是符号名称在符号名称字符串表中的索引值

st_value： 是符号所在的内存地址

st_size： 是符号大小

st_info： 是符号类型和绑定信息

st_shndx： 表示符号所在section

当ELF的符号表被加载到内核后，会执行simplify_symbols来遍历整个ELF文件符号表。 根据st_shndx找到符号所在的section和st_value中符号在section中的偏移得到真正的内存地址。 并最终将符号内存地址，符号名称指针存储到内核符号表中。

simplify_symbols函数原型如下：

函数参数和返回值如下：

参数：

mod： struct module类型结构体指针

info： const struct load_info结构体指针

返回值：

ret： 错误码

内核导出的符号表结构有两个字段，一个是符号在内存中的地址，一个是符号名称指针， 符号名称被放在了__ksymtab_strings这个section中， 以EXPORT_SYMBOL举例，符号会被放到名为___ksymtab的section中。 这个结构体我们要注意，它构成的表是导出符号表而不是通常意义上的符号表 。

value： 符号在内存中的地址

name： 符号名称

其他的内核模块在寻找符号的时候会调用resolve_symbol_wait去内核和其他模块中通过符号名称 寻址目标符号，resolve_symbol_wait会调用resolve_symbol，进而调用 find_symbol。 找到了符号之后，把符号的实际地址赋值给符号表 sym[i].st_value = ksym->value;

第14行：在each_symbol_section中，去查找了两个地方，一个是内核的导出符号表，即我们在将内核符号是如何导出的时候定义的全局变量，一个是遍历已经加载的内核模块，查找动作是在each_symbol_in_section中完成的。

第25行：导出符号标志

至此符号查找完毕，最后将所有section借助ELF文件的重定向表进行重定向，就能使用该符号了。

到这里内核就完成了内核模块的加载/卸载以及符号导出，感兴趣的读者可以查阅 内核源码中 /kernel/module.c。