В чем разница между драйверами ядра и модулями ядра?

Когда я делаю lspci -kна своем Kubuntu с ядром 3.2.0-29, я вижу что-то вроде этого:

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

Существует драйвер ядра nvidiaи модулей ядра nvidia_current, nouveau, nvidiafb.

Теперь мне стало интересно, в чем может быть разница между драйверами ядра и модулями ядра?

Модуль ядра - это немного скомпилированного кода, который может быть вставлен в ядро ​​во время выполнения, например, с помощью insmodили modprobe.

Драйвер - это фрагмент кода, который запускается в ядре для связи с некоторым аппаратным устройством. Он "гонит" железо. Почти каждое устройство на вашем компьютере имеет связанный с ним драйвер. Большая часть работающего ядра - это код драйвера.

Драйвер может быть встроен статически в файл ядра на диске. Драйвер также может быть встроен как модуль ядра, чтобы его можно было динамически загрузить позже. (А потом может быть выгружен.)

Стандартная практика - создавать драйверы как модули ядра, где это возможно, а не связывать их статически с ядром, поскольку это дает большую гибкость. Однако есть веские причины не делать этого:

• Иногда данный драйвер абсолютно необходим для загрузки системы. Это происходит не так часто, как вы можете себе представить, благодаря функции initrd .

• Статически построенные драйверы могут быть именно тем, что вы хотите в статически ограниченной системе, такой как встроенная система . То есть, если вы заранее точно знаете, какие драйверы всегда будут нужны, и что это никогда не изменится, у вас есть веская причина не беспокоиться о динамических модулях ядра.

• Если вы собираете ядро ​​статически и отключаете функцию динамической загрузки модулей в Linux, вы предотвращаете изменение кода ядра во время выполнения. Это обеспечивает дополнительную безопасность и стабильность за счет гибкости.

Не все модули ядра являются драйверами. Например, относительно недавняя функция ядра Linux заключается в том, что вы можете загрузить другой планировщик процессов . Другой пример состоит в том, что более сложные типы оборудования часто имеют несколько общих уровней, которые находятся между драйвером аппаратного обеспечения низкого уровня и пользовательским пространством, таким как драйвер USB HID , который реализует определенный элемент стека USB , независимый от базового оборудования.

Asides:

1. Единственное исключение из этого широкого утверждения является чипом процессора, который не имеет «драйвера» как таковые . Ваш компьютер также может содержать оборудование, для которого у вас нет драйвера.

2. Остальная часть кода в ядре ОС предоставляет общие сервисы, такие как управление памятью , IPC , планирование и т. Д. Эти сервисы могут в первую очередь обслуживать пользовательские приложения, как это было в предыдущих примерах, или они могут быть внутренними сервисами, используемыми драйверами или другими внутренними приложениями. инфраструктура ядра.

3. Один /bootвход, загруженный в ОЗУ во время загрузки загрузчиком в начале процесса загрузки .

Чтобы ответить на ваш конкретный вопрос о lspciвыводе, строка «драйвер ядра» указывает, какой драйвер в данный момент связан с картой, в данном случае проприетарным nvidiaдрайвером. В строке «модули ядра» перечислены все драйверы, о которых известно, что они могут быть привязаны к этой карте. Здесь, проприетарный драйвер показывает его другое имя, вероятно, из-за того, как был lspciнайден драйвер и его имя файла по сравнению с именем, закодированным в самом драйвере.

Согласно этому хорошему уроку :

... одним типом модуля является драйвер устройства, который позволяет ядру получать доступ к оборудованию, подключенному к системе.

Итак, если мы попытаемся нарисовать дерево, у нас будет «Драйвер устройства», который наследуется от (расширяет) модуля и имеет более специфические характеристики, между которыми мы находим «доступ к оборудованию» ...

Модуль ядра может вообще не быть драйвером устройства.

«Драйвер ядра» - не очень четко обозначенный термин, но давайте попробуем.

Это модуль ядра, который не управляет каким-либо оборудованием, и, следовательно, не может рассматриваться как «драйвер устройства»:

#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)

После сборки вы можете использовать его с:

insmod hello.ko

и это печатает hello initна dmesg.

Однако существуют модули ядра, которые не являются драйверами устройств, но на самом деле полезны, например, модули, которые предоставляют информацию об отладке / производительности ядра.

Драйверы устройств обычно также являются модулями ядра.

Пример чего-то, что является «драйвером устройства», генерировать немного сложнее, поскольку для его работы требуется аппаратное обеспечение, а описания аппаратного обеспечения, как правило, сложны.

Однако используя QEMU или другие эмуляторы, мы можем создавать программные модели из реального или упрощенного аппаратного обеспечения, что является отличным способом научиться общаться с аппаратным обеспечением. Вот простой пример минимального драйвера устройства PCI: https://github.com/cirosantilli/linux-kernel-module-cheat/blob/6788a577c394a2fc512d8f3df0806d84dc09f355/kernel_module/hello.c

Затем мы видим, что в x86 общение с оборудованием сводится к:

• inи outинструкции, например, https://stackoverflow.com/questions/3215878/what-are-in-out-instructions-in-x86-used-for/33444273#33444273
• обработка прерываний путем регистрации обработчиков в CPU

Эти операции, как правило, не могут быть выполнены из пользовательского пространства , как объяснено в разделе: В чем разница между пространством пользователя и пространством ядра? Однако есть некоторые исключения: https://stackoverflow.com/questions/7986260/linux-interrupt-handling-in-user-space .

Затем ядро ​​предлагает API более высокого уровня, чтобы сделать такое аппаратное взаимодействие более простым и переносимым:

• request_irq обрабатывать прерывания
• ioreadX и отображение памяти ввода-вывода
• интерфейсы еще более высокого уровня для популярных протоколов, таких как PCI и USB

Мой ответ пойдет с Джимом. Драйвер ядра - это программа (модуль ядра), предназначенная для управления частью аппаратного обеспечения. Вывод lspci говорит, что nvidia - это драйвер ядра, так как это loadedмодуль для устройства. Наряду с этим доступны другие доступные модули ядра.

Добавлю, что команды в linux для вывода списка и удаления драйверов есть lsmodи rmmodсоответственно. Что говорит список модулей и удалить модуль.

Все Драйверы являются модулями. Не все модули являются драйверами.

Модули могут быть вставлены во время выполнения. Модули / Драйверы могут быть статически скомпилированы вместе с ядром.

Типичный модуль init имеет

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

Этот же модуль можно сделать драйвером

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