Идентификация исходников как модуля ядра Linux

Идентификация исходников как модуля ядра Linux

В этом посте я расскажу о том, как можно определить, что из некоторых файлов исходных текстов собирается модуль ядра Linux, а не обычный исполняемый файл.
Допустим, что информации о назначении исходников нет или её пытаются преднамеренно скрыть. Объём кода превышает несколько Гб и надо оперативно выделить только те исходные тексты, которые реализуют модули ядра.

#01 __KERNEL__ 

При сборке исходных текстов определён символ препроцессора __KERNEL__.

Как пишут Alessandro Rubini и Jonathan Corbet в книге "Драйверы устройств в Linux":

"Поскольку модуль не связывается ни с одной из стандартных библиотек, исходные тексты модуля не должны подключать обычные заголовочные файлы. В модулях ядра могут использоваться только те функции, которые экспортируются ядром. Все заголовочные файлы, которые относятся к ядру, расположены в каталогах include/linux и include/asm, внутри дерева каталогов с исходными текстами ядра (как правило это каталог/usr/src/linux).


Ранние версии Linux (основанные на libc версии 5 и более ранних) устанавливали символические ссылки из /usr/include/linux и /usr/include/asm на фактические каталоги из исходных текстов ядра, таким образом дерево заголовочных файлов libc могло ссылаться на заголовочные файлы ядра. Это позволяло подключать заголовочные файлы ядра в пользовательские приложения тогда, когда в этом возникала необходимость.

Но даже теперь, когда заголовочные файлы ядра отделены от заголовочных файлов, используемых прикладными программами, все равно иногда возникает необходимость включения их в программы, работающие в пространстве пользователя, чтобы воспользоваться определениями, отсутствующими в обычных заголовочных файлах. Однако большая часть определений из заголовочных файлов ядра относится исключительно к ядру и "невидима" для обычных приложений, поскольку доступ к этим определениям заключен в блоки #ifdef __KERNEL__. Это кстати одна из причин, почему необходимо определять символ __KERNEL__ при сборке модуля."

Например, в makefile может присутствовать строчка "CFLAGS = -D__KERNEL__".
Или "-D__KERNEL__" можно обнаружить в логах сборки .

#02 MODULE

Если модуль не линкуется к ядру статически, то в составе переменной CFLAGS обязательно будет присутствовать строка "-DMODULE". Этот символ препроцессора должен быть определён должен быть определен до подключения файла linux/module.h.

#03 Все имена объявлены как static и имеют уникальный префикс

Таким образом разработчик избегает "загрязнения" пространства имён ядра - иначе при отладке ему пришлось бы отлавливать имена своего модуля среди всех имён ядра. Использование префикса освобождает от обязанности придумывать уникальные имена, которые не будут совпадать с именами, уже присутствующими в пространстве имён ядра.

#04 printk()

В исходных текстах вместо функции printf() используется функция printk(). "Драйверы устройств в Linux" говорит:

"Функция printk определена в ядре и по своему поведению напоминает функцию printf из стандартной библиотеки языка C. Зачем же тогда ядру своя собственная функция? Все просто -- ядро, это самостоятельный код, который собирается без вспомогательных библиотек языка C."

#05 init_module и cleanup_module

"Драйверы устройств в Linux" говорит:

"Приложение выполняется как цельная задача, от начала и до конца. Модуль же просто регистрирует себя самого в ядре, подготавливая его для обслуживания возможных запросов и его функция "main" завершает свою работу сразу же после вызова. Другими словами, задача функции init_module (точка входа) состоит в подготовке функций модуля для последующих вызовов. Она как бы говорит ядру: "Эй! Я здесь! Вот то, что я могу делать!". Вторая точка входа в модуль - cleanup_module - вызывается непосредственно перед выгрузкой модуля. Она сообщает ядру: "Я ухожу! Больше не проси меня ни о чем!". "

#06 Использование current->

"Драйверы устройств в Linux" говорит:

"<...> Код ядра может определить текущий процесс, обратившийся к модулю, через глобальный элемент current - указатель на struct task_struct, который в ядре 2.4 объявляется в файле <asm/current.h>. Указатель current ссылается на текущий пользовательский процесс. В процессе выполнения системных вызовов, таких как read или write, текущим считается процесс, сделавший этот вызов. Ядро может воспользоваться информацией о текущем процессе, используя указатель current, если возникнет такая необходимость. <...>

Фактически current более не является глобальной переменной ядра, как это было ранее. Разработчики оптимизировали доступ к структуре, описывающей текущий процесс, перенеся ее на стек. Реализацию current вы найдете в файле <asm/current.h>. Но прежде, чем вы отправитесь исследовать этот файл, вы должны запомнить, что Linux -- это SMP-совместимая система (от англ. SMP -- Symmetric Multi-Processing) и потому простая глобальная переменная здесь просто неприменима. Детали реализации находятся в других подсистемах ядра и все же, драйвер устройства может подключить заголовочный файл <linux/sched.h> и обращаться к указателю current.
С точки зрения модуля, current -- обычная внешняя ссылка, как например printk. Модуль может обращаться к current всякий раз, когда сочтет это необходимым. Например, следующий код выведет идентификатор (ID) процесса и имя команды, запустившей процесс:

printk("The process is \"%s\" (pid %i)\n", current->comm, current->pid);

Имя команды хранится в поле current->comm и представляет собой имя файла программы.

Если вам известны ещё какие-либо способы определить исходные тексты модуля ядра - добро пожаловать в комментарии.