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03-modulos-del-kernel.md

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Módulo 3: Módulos del kernel

Objetivo

Aprender a crear, compilar, instalar y cargar módulos en el kernel mínimo generado en el capítulo anterior.

1. Crear un módulo básico: hello.c

Primero, crearemos un módulo básico llamado hello.c. Este módulo imprimirá un mensaje al cargarse y descargarse del kernel. El código fuente del módulo se encuentra en el archivo hello.c.

2. Crear un Makefile para compilar el módulo

Creamos un archivo Makefile para compilar el módulo. El contenido del Makefile se encuentra en Makefile.

3. Recompilar el kernel con soporte para módulos

Para habilitar o deshabilitar el soporte para módulos, recompilaremos el kernel con la opción correspondiente.

Comandos:

make O=$LINUX_BUILD_DIR menuconfig

Dentro de "General setup", activa la opción "Enable loadable module support".

menuconfig-modules

Luego, recompila el kernel:

make O=$LINUX_BUILD_DIR -j$(nproc)

4. Compilar el módulo

Antes de compilar el módulo, prepara el entorno para módulos:

make O=$LINUX_BUILD_DIR modules_prepare

Luego, compila los modulos para generar Module.symvers:

make O=$LINUX_BUILD_DIR modules

Ahora, compila el módulo hello.c:

make -C /path/to/kernel O=$LINUX_BUILD_DIR M=$PWD modules

Asegúrate de reemplazar /path/to/kernel con la ruta correcta al directorio del kernel.

Esto generará un archivo hello.ko, que es el módulo compilado.

5. Mover el módulo al initramfs

Para que el módulo esté disponible en el sistema mínimo, copia el archivo hello.ko al initramfs.

Comandos:

cp hello.ko /home/$USER/initramfs/lib/modules/$(uname-r)

Usa modules_install para instalar el módulo en el initramfs:

make -C /path/to/kernel O=$LINUX_BUILD_DIR M=$PWD modules_install INSTALL_MOD_PATH=/home/$USER/initramfs

Actualiza el initramfs:

cd /home/$USER/initramfs
find . -print0 | cpio --null --create --verbose --format=newc | gzip --best > ./custom-initramfs.cpio.gz

6. Cargar y descargar el módulo en QEMU

Ejecuta el kernel con el initramfs actualizado:

qemu-system-x86_64 -kernel $LINUX_BUILD_DIR/arch/x86/boot/bzImage -nographic -append "earlyprintk=serial,ttyS0 console=ttyS0 debug" --initrd $INITRAMFS_DIR

Dentro del sistema mínimo, carga el módulo:

insmod /lib/modules/hello.ko
dmesg | tail -n 20

Verifica que el módulo esté cargado:

lsmod

Consulta información sobre el módulo:

modinfo /lib/modules/hello.ko

Descarga el módulo:

rmmod hello
dmesg | tail -n 20

Verifica que se haya descargado:

lsmod

7. Cargar y probar el módulo proc_example

El módulo proc_example.c crea una entrada en el sistema de archivos /proc llamada proc_example. Este archivo permite leer información desde el espacio de usuario, lo que es útil para interactuar con el kernel. Recuerda que el módulo proc_example debe ser compilado y copiado al initramfs de la misma manera que hiciste con hello.c.

Cargar el módulo

Dentro del sistema mínimo, carga el módulo:

insmod /lib/modules/proc_example.ko

Verifica que el módulo esté cargado:

lsmod

Leer del archivo /proc/proc_example

Usa el comando cat para leer la información proporcionada por el módulo:

cat /proc/proc_example

Descargar el módulo

Descarga el módulo:

rmmod proc_example

Verifica que se haya descargado:

lsmod

8. Cargar y probar el módulo dev_example

El módulo dev_example.c implementa un controlador de dispositivo de carácter. Este módulo permite interactuar con el kernel mediante operaciones de lectura y escritura desde el espacio de usuario. Recuerda que el módulo dev_example debe ser compilado y copiado al initramfs de la misma manera que hiciste con hello.c.

Cargar el módulo

Dentro del sistema mínimo, carga el módulo:

insmod /lib/modules/dev_example.ko

Verifica que el módulo esté cargado:

lsmod

Lee los datos del dispositivo:

cat /dev/dev_example

Descargar el módulo

Descarga el módulo:

rmmod dev_example

Verifica que se haya descargado:

lsmod

9. Cargar y probar el módulo netlink_example

El módulo netlink_example.c implementa una interfaz de comunicación entre el espacio de usuario y el espacio del kernel utilizando sockets Netlink. Para probar este módulo, también utilizaremos un programa de usuario llamado netlink_example_user.c.

Se debe recompilar el kernel con soporte para Netlink. Asegúrate de que el kernel tenga habilitado el soporte para Netlink. Puedes verificarlo en la configuración del kernel (.config) buscando la opción CONFIG_NETLINK.

menuconfig-netlink1 menuconfig-netlink2

Cargar el módulo

Dentro del sistema mínimo, carga el módulo:

insmod /lib/modules/netlink_example.ko

Verifica que el módulo esté cargado:

lsmod

Compilar el programa de usuario

Compila el programa de usuario de forma estática en tu sistema anfitrión:

gcc -o netlink_example_user netlink_example_user.c -static

Copia el binario al initramfs para que esté disponible dentro del sistema mínimo:

cp netlink_example_user /home/$USER/initramfs/usr/bin/

Actualiza el initramfs:

cd /home/$USER/initramfs
find . -print0 | cpio --null --create --verbose --format=newc | gzip --best > ./custom-initramfs.cpio.gz

Ejecutar el programa de usuario

Dentro del sistema mínimo, ejecuta el programa de usuario para interactuar con el módulo:

/usr/bin/netlink_example_user

Verifica los mensajes intercambiados entre el espacio de usuario y el kernel utilizando:

dmesg | tail -n 20

Descargar el módulo

Descarga el módulo:

rmmod netlink_example

Verifica que se haya descargado:

lsmod

10. Resumen

En este módulo, aprendiste a trabajar con módulos avanzados como controladores de dispositivos de carácter y sockets Netlink. También exploraste cómo interactuar con el kernel desde el espacio de usuario utilizando programas personalizados.