Чим відрізняються драйвери ядра від модулів ядра?

Коли я роблю lspci -kна своєму Kubuntu з загальним ядром 3.2.0-29, я можу побачити щось подібне:

01:00.0 VGA compatible controller: NVIDIA Corporation G86 [Quadro NVS 290] (rev a1)
    Subsystem: NVIDIA Corporation Device 0492
    Kernel driver in use: nvidia
    Kernel modules: nvidia_current, nouveau, nvidiafb

Існує драйвер ядра nvidiaі модулів ядра nvidia_current, nouveau, nvidiafb.

Тепер я задумався, яка може бути різниця між драйверами Kernel та модулями Kernel?

Модуль ядра - це трохи складений код, який можна вставити в ядро ​​під час виконання, наприклад, з insmodабо modprobe.

Драйвер - це трохи коду, який працює в ядрі для спілкування з деяким апаратним пристроєм. Він "приводить в рух" обладнання. Більшість апаратних засобів на вашому комп'ютері мають відповідний драйвер. ¹ Значна частина запущеного ядра - це код драйвера

Драйвер може бути вбудований статично у файл ядра на диску. (І тоді, можливо, вивантажений.)

Стандартна практика полягає в тому, щоб побудувати драйвери як модулі ядра, де це можливо, а не прив'язувати їх статично до ядра, оскільки це дає більшу гнучкість. Однак є вагомі причини цього не робити:

• Іноді даний драйвер абсолютно необхідний, щоб допомогти завантажувати систему. Це відбувається не так часто, як ви можете собі уявити, завдяки функції initrd .

• Статично вбудовані драйвери можуть бути саме тим, що вам потрібно в системі, яка має статичний обсяг, наприклад, вбудованою системою . Тобто, якщо ви заздалегідь знаєте, які саме драйвери завжди знадобляться, і це ніколи не зміниться, у вас є вагома причина не турбуватися з динамічними модулями ядра.

• Якщо ви будуєте ядро ​​статично і відключаєте функцію динамічного завантаження динамічного модуля Linux, ви запобігаєте зміні коду ядра під час виконання. Це забезпечує додаткову безпеку та стабільність за рахунок гнучкості.

Не всі модулі ядра є драйверами. Наприклад, відносно недавня функція ядра Linux полягає в тому, що ви можете завантажити інший планувальник процесів . Іншим прикладом є те, що більш складні типи апаратних засобів часто мають декілька загальних шарів, які розташовані між драйвером апаратного забезпечення низького рівня та користувальницькою користувачем, наприклад, драйвер USB HID , який реалізує певний елемент USB-стеку , незалежно від базового обладнання.

Убік:

1. Один виняток із цього широкого твердження - це мікросхема процесора, яка сама по собі не має "драйвера" . Ваш комп'ютер також може містити обладнання, для якого у вас немає драйвера.

2. Інша частина коду ядра ОС надає загальні послуги , такі як управління пам'яттю , IPC , планування і т.д. Ці послуги можуть в першу чергу служити призначеного для користувача рівня додатків, як і приклади пов'язані раніше, або вони можуть бути внутрішні послуги , що використовуються водіями або іншими внутрішньо- інфраструктура ядра.

3. Вхід /boot, завантажений у оперативну пам’ять під час завантаження завантажувачем на початку процесу завантаження .

Щоб відповісти на ваше конкретне запитання щодо lspciвиводу, рядок "драйвер ядра" посилається на те, який драйвер зараз пов'язаний з карткою, в даному випадку - власним nvidiaдрайвером. У рядку "модулі ядра" перераховані всі драйвери, які, як відомо, здатні прив’язатись до цієї карти. Тут власний драйвер показує йому інше ім’я, ймовірно, через те, як lspciзнайдений драйвер та його ім'я файлу порівняно з ім'ям, закодованим у сам драйвер.

Відповідно до цього приємного підручника :

... одним із типів модуля є драйвер пристрою, який дозволяє ядру отримати доступ до апаратного забезпечення, підключеного до системи.

Отже, якщо ми спробуємо намалювати дерево, у нас з'явиться "Драйвер пристрою", який успадковує (розширює) Модуль, і який має більш конкретні характеристики, між якими ми знаходимо "доступ до обладнання" ...

Модуль ядра може взагалі не бути драйвером пристрою.

"Драйвер ядра" - це не чітко визначений термін, але давайте спробуємо.

Це модуль ядра, який не управляє жодним обладнанням, і тому його не можна розумно вважати "драйвером пристрою":

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

MODULE_LICENSE("GPL");

static int myinit(void)
{
    printk(KERN_INFO "hello init\n");
    return 0;
}

static void myexit(void)
{
    printk(KERN_INFO "hello exit\n");
}

module_init(myinit)
module_exit(myexit)

Після складання ви можете використовувати його з:

insmod hello.ko

і він друкує hello initдо dmesg.

Однак є модулі ядра, які не є драйверами пристроїв, але фактично є корисними, наприклад, модулі, що розкривають інформацію про налагодження / продуктивність ядра.

Драйвери пристрою зазвичай також є модулями ядра.

Приклад чогось, що є "драйвером пристрою", генерувати трохи складніше, оскільки для управління ним потрібне обладнання, а описи апаратних засобів, як правило, є складними.

Однак, використовуючи QEMU або інші емулятори, ми можемо побудувати програмні моделі реального або спрощеного обладнання, що є прекрасним способом навчитися спілкуватися з обладнанням. Ось простий приклад мінімального драйвера пристрою PCI: https://github.com/cirosantilli/linux-kernel-module-cheat/blob/6788a577c394a2fc512d8f3df0806d84dc09f355/kernel_module/hello.c

Потім ми бачимо, що в x86 розмова з обладнанням зводиться до:

• inта outінструкції, наприклад, https://stackoverflow.com/questions/3215878/what-are-in-out-instructions-in-x86-used-for/33444273#33444273
• обробка переривань шляхом реєстрації обробників в ЦП

Ці операції взагалі не можна виконувати з користувальницької області, як це пояснено в: Яка різниця між простором користувача та простором ядра? Однак є деякі винятки: https://stackoverflow.com/questions/7986260/linux-interrupt-handling-in-user-space .

Потім ядро ​​пропонує API більш високого рівня, щоб зробити таку апаратну взаємодію простішою та портативнішою:

• request_irq обробляти переривання
• ioreadX і IO картування пам'яті
• ще більш високого рівня інтерфейси для популярних протоколів, таких як PCI та USB

Моя відповідь піде з Джимом. Драйвер ядра - це програма (модуль ядра), призначена для керування частиною обладнання. Вихід lspci говорить, що nvidia є драйвером ядра, оскільки це loadedмодуль для пристрою. Поряд з ним поставляються інші доступні модулі ядра.

Додам, що команди в Linux для переліку та видалення драйверів є lsmodі rmmodвідповідно. Що говорить модуль списку та модуль видалення.

Усі драйвери - це модулі. Не всі модулі є драйверами.

Модулі можна вставляти під час виконання. Модулі / драйвери також можуть статично компілюватися разом з ядром.

Типовий модуль init має

module_init(init_fn);
init_fn()
{
   /* some code */
}

Цей же модуль може бути зроблений драйвером

module_init(init_fn);
init_fn()
{
   device_register(&device);
   /* some code */
}