Linux可加载内核模块机制的研究与应用

5. LKM与普通应用程序的比较

LKM与普通应用程序之间的区别主要体现在四个方面。

第一，也是最重要的区别，普通应用程序运行在用户空间，而LKM运行在内核空间。通过区分不同的运行空间，操作系统能够安全地保护操作系统中一些重要数据结构的内容不被普通应用程序所修改，达到保证操作系统正常运转的目的。

第二，普通应用程序的目标很明确，它们从头至尾都是为了完成某一项特定任务。而LKM是在内核中注册并为后续应用程序的请求提供服务的。

第三，普通应用程序可以调用并没有在其中定义的函数，但一个LKM是链接到内核上的，它所能调用的函数只有内核导出来的那些函数。

第四，普通应用程序和LKM处理错误的方式不同。当应用程序中出现错误时并不会给系统造成很大的伤害。LKM则不然，在其中出现的错误对子系统来说通常是致命的，至少对于当前正在运行的进程而言。LKM中的一个错误常常会导致整个系统崩溃。

6. 编写LKM需要注意的问题

LKM运行在内核空间，它们拥有对整个系统所有资源的访问权限，因此，编写LKM首先要注意就是安全问题，而且还应该避免将可能导致出现安全问题的代码带到LKM中。

LKM加载后是作为操作系统内核的一部分运行的，因此，在设计、编写操作系统内核过程中应该注意的问题在LKM中也应该引起足够的重视。在这里，主要指的是并发问题和指针引用问题。并发是指在同一时间有多个进程在操作系统内核中同时运行。并发结合共享资源最终会导致竞态条件，在这种情况下应该对各个并发进程访问共享资源进行严格的控制。如果在LKM中出现指针引用错误，内核将没有办法将内存的虚拟地址映射到物理地址，从而导致出现内核中的意外，如内存访问冲突、除0以及非法操作等。

7. LKM的不足之处

LKM虽然在设备驱动程序的编写和扩充内核功能中扮演着非常重要的角色，但它仍有许多不足的地方。

第一，LKM对于内核版本的依赖性过强，每一个LKM都是靠内核提供的函数和数据结构组织起来的。当这些内核函数和数据结构因为内核版本变化而发生变动时，原先的LKM不经过修改就可能不能正常运行。

第二，虽然现在有针对内核编程调试的工具kgdb，但是在LKM编写过程中调试仍非常麻烦，而且在调试过程中，系统所能提供的出错信息极为晦涩。

本文作者创新点：针对Linux内核，利用LKM，在实现了数据的零拷贝（Zero-copy）的过程中，将LKM与普通应用程序进行比较，提出了LKM的优势和不足。

参考文献

[1] 任家东，梁哲，赵黎．网络协议的构件化方法研究与实现，微计算机信息，2006，22-17，85-87.

[2] Peter Jay Salzman, Michael Burian, Ori Pomerantz. The Linux Kernel Module Program- ming Guide [M], 2001: 5-43.

[3] Henderson B. Linux Loadable Kernel Module HOWTO, http://www6.uniovi.es/linux/H- OWTO/Module-HOWTO/, 2002.

[4] 徐伟，贾春福．扩充Linux系统功能的LKM技术[J]，计算机应用研究，2003，第四期：100-102.

[5] 毛德操，胡希明．Linux内核源代码情景分析[M]，浙江：浙江大学出版社，2001年9月，277-280.

[6] Alessandro Rubini, Jonathan Corbet, Greg Kroah-Hartman. Linux Device Drivers Third Edition [M], O’Reilly