EXPORT_SYMBOL 底层原理

前言

EXPORT_SYMBOL 是 Linux 内核中用于导出符号（函数或变量）供其他模块使用的宏。理解其底层原理需要了解内核模块加载过程和内核符号表管理。

EXPORT_SYMBOL 工作原理

1、宏定义和预处理

EXPORT_SYMBOL 宏定义在内核头文件中（通常在 include/linux/export.h 中）。它将符号添加到一个特定的段（section）中。

#define EXPORT_SYMBOL(sym)          \__EXPORT_SYMBOL(sym, "")

__EXPORT_SYMBOL 又定义为：

#define __EXPORT_SYMBOL(sym, sec)                    \extern typeof(sym) sym;                          \static const char __kstrtab_##sym[]              \__attribute__((section("__ksymtab_strings"), aligned(1))) \= #sym;                                          \static const struct kernel_symbol __ksym_##sym   \__attribute__((section("__ksymtab" sec), used))  \= { (unsigned long)&sym, __kstrtab_##sym }

2、内核符号表

EXPORT_SYMBOL 将符号和符号名字符串分别放在 __ksymtab 和 __ksymtab_strings 段中。__ksymtab 是内核符号表，包含所有导出的符号。

3、链接时处理

编译模块时，这些段会被链接器识别并保存在相应的模块对象文件中。内核在加载模块时会将这些符号表信息提取并合并到全局符号表中。

4、模块加载

当加载一个模块时，内核会处理模块的符号表段并注册所有的导出符号。内核符号表包含全局可见的符号，可以通过查找符号名找到其地址。

详细的过程

1、定义和编译

假设你有一个模块定义了一个符号并导出它：

// mymodule.c
int my_function(int x) {return x * 2;
}
EXPORT_SYMBOL(my_function);

这段代码会生成类似以下内容的符号表项：

static const char __kstrtab_my_function[] __attribute__((section("__ksymtab_strings"), aligned(1))) = "my_function";
static const struct kernel_symbol __ksym_my_function __attribute__((section("__ksymtab"), used)) = { (unsigned long)&my_function, __kstrtab_my_function };

2、链接阶段

编译器会将这些信息放在模块的 .o 文件的 __ksymtab 和 __ksymtab_strings 段中。

3、加载模块:

当内核加载这个模块时，它会处理 __ksymtab 和 __ksymtab_strings 段，将符号注册到全局符号表中。加载过程中的关键函数是 simplify_symbols() 和 simplify_reloc()，它们会解析和处理这些符号。

4、符号查找:

内核中的其他模块可以通过 extern 关键字引用这些符号。当引用这些符号的模块加载时，内核会在全局符号表中查找这些符号，并解析符号地址。

示例

假设你有两个模块，分别是 mymodule.c 和 othermodule.c：

// mymodule.c
int my_function(int x) {return x * 2;
}
EXPORT_SYMBOL(my_function);

// othermodule.c
extern int my_function(int x);void call_my_function(void) {int result = my_function(10);printk(KERN_INFO "Result: %d\n", result);
}

编译和加载 mymodule 后，再加载 othermodule。othermodule 加载时，内核会解析 my_function 的符号地址，并正确调用 mymodule 中的 my_function 函数。

总结

EXPORT_SYMBOL 的底层原理是通过将符号和符号名存储在特定段中，内核在模块加载时处理这些段并将符号注册到全局符号表，从而实现符号的共享和复用。