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找到并裝載內(nèi)核模塊以解決外設(shè)問題。

本文來自 Manning 出版的 Linux in Action 的第 15 章。

Linux 使用內(nèi)核模塊管理硬件外設(shè)。 我們來看看它是如何工作的。

運(yùn)行中的 Linux 內(nèi)核是您不希望被破壞的東西之一。畢竟，內(nèi)核是驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)所做的一切工作的軟件?？紤]到在一個(gè)運(yùn)行的系統(tǒng)上必須同時(shí)管理諸多細(xì)節(jié)，最好能讓內(nèi)核盡可能的減少分心，專心的完成它的工作。但是，如果對(duì)計(jì)算環(huán)境進(jìn)行任何微小的更改都需要重啟整個(gè)系統(tǒng)，那么插入一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)攝像頭或打印機(jī)就可能會(huì)嚴(yán)重影響您的工作流程。每次添加設(shè)備時(shí)都必須重新啟動(dòng)，以使系統(tǒng)識(shí)別它，這效率很低。

為了在穩(wěn)定性和可用性之間達(dá)成有效的平衡，Linux 將內(nèi)核隔離，但是允許您通過可加載內(nèi)核模塊 (LKM) 實(shí)時(shí)添加特定的功能。如下圖所示，您可以將模塊視為軟件的一部分，它告訴內(nèi)核在哪里找到一個(gè)設(shè)備以及如何使用它。反過來，內(nèi)核使設(shè)備對(duì)用戶和進(jìn)程可用，并監(jiān)視其操作。

內(nèi)核模塊充當(dāng)設(shè)備和 Linux 內(nèi)核之間的轉(zhuǎn)換器。

雖然你可以自己編寫模塊來完全按照你喜歡的方式來支持一個(gè)設(shè)備，但是為什么要這樣做呢？Linux 模塊庫已經(jīng)非常強(qiáng)大，通常不需要自己去實(shí)現(xiàn)一個(gè)模塊。 而絕大多數(shù)時(shí)候，Linux 會(huì)自動(dòng)加載新設(shè)備的模塊，而您甚至不知道它。

不過，有時(shí)候，出于某種原因，它本身并不會(huì)自動(dòng)進(jìn)行。（你肯定不想讓那個(gè)招聘經(jīng)理不耐煩地一直等待你的笑臉加入視頻面試。）為了幫助你解決問題，你需要更多地了解內(nèi)核模塊，特別是，如何找到運(yùn)行你的外設(shè)的實(shí)際模塊，然后如何手動(dòng)激活它。

查找內(nèi)核模塊

按照公認(rèn)的約定，內(nèi)核模塊是位于 /lib/modules/ 目錄下的具有 .ko（內(nèi)核對(duì)象）擴(kuò)展名的文件。 然而，在你找到這些文件之前，你還需要選擇一下。因?yàn)樵谝龑?dǎo)時(shí)你需要從版本列表中選擇其一加載，所以支持您選擇的特定軟件（包括內(nèi)核模塊）必須存在某處。 那么，/lib/modules/ 就是其中之一。 你會(huì)發(fā)現(xiàn)目錄里充滿了每個(gè)可用的 Linux 內(nèi)核版本的模塊; 例如：

$ ls /lib/modules
4.4.0-101-generic
4.4.0-103-generic
4.4.0-104-generic

在我的電腦上，運(yùn)行的內(nèi)核是版本號(hào)最高的版本（4.4.0-104-generic），但不能保證這對(duì)你來說是一樣的（內(nèi)核經(jīng)常更新）。 如果您將要在一個(gè)運(yùn)行的系統(tǒng)上使用模塊完成一些工作的話，你需要確保您找到正確的目錄樹。

好消息：有一個(gè)可靠的竅門。相對(duì)于通過名稱來識(shí)別目錄，并希望能夠找到正確的目錄，你可以使用始終指向使用的內(nèi)核名稱的系統(tǒng)變量。 您可以使用 uname -r（ -r 從系統(tǒng)信息中指定通常顯示的內(nèi)核版本號(hào)）來調(diào)用該變量：

$ uname -r
4.4.0-104-generic

通過這些信息，您可以使用稱為命令替換的過程將 uname 并入您的文件系統(tǒng)引用中。 例如，要導(dǎo)航到正確的目錄，您需要將其添加到 /lib/modules 。 要告訴 Linux “uname” 不是一個(gè)文件系統(tǒng)中的位置，請(qǐng)將 uname 部分用反引號(hào)括起來，如下所示：

$ ls /lib/modules/`uname -r`
build   modules.alias        modules.dep      modules.softdep
initrd  modules.alias.bin    modules.dep.bin  modules.symbols
kernel  modules.builtin      modules.devname  modules.symbols.bin
misc    modules.builtin.bin  modules.order    vdso
 

你可以在 kernel/ 目錄下的子目錄中找到大部分模塊。 花幾分鐘時(shí)間瀏覽這些目錄，了解事物的排列方式和可用內(nèi)容。 這些文件名通常會(huì)讓你知道它們是什么。

$ ls /lib/modules/`uname -r`/kernel
arch  crypto  drivers  fs  kernel  lib  mm 
net  sound  ubuntu  virt  zfs

這是查找內(nèi)核模塊的一種方法；實(shí)際上，這是一種快速的方式。 但這不是唯一的方法。 如果你想獲得完整的集合，你可以使用 lsmod 列出所有當(dāng)前加載的模塊以及一些基本信息。 這個(gè)截?cái)噍敵龅牡谝涣校ㄔ谶@里列出的太多了）是模塊名稱，后面是文件大小和數(shù)量，然后是每個(gè)模塊的名稱：

$ lsmod
[...]
vboxdrv          454656  3 vboxnetadp,vboxnetflt,vboxpci
rt2x00usb        24576  1 rt2800usb
rt2800lib        94208  1 rt2800usb
[...]

到底有多少？好吧，我們?cè)龠\(yùn)行一次 lsmod ，但是這一次將輸出管道輸送到 wc -l 看一下一共多少行:

$ lsmod | wc -l
113

這是已加載的模塊。 總共有多少個(gè)？ 運(yùn)行 modprobe -c 并計(jì)算這些行將給我們這個(gè)數(shù)字：

$ modprobe -c | wc -l
33350

有 33,350 個(gè)可用模塊！？ 看起來好像有人多年來一直在努力為我們提供軟件來驅(qū)動(dòng)我們的物理設(shè)備。

注意：在某些系統(tǒng)中，您可能會(huì)遇到自定義的模塊，這些模塊要么在 /etc/modules 文件中使用獨(dú)特的條目進(jìn)行引用，要么在 /etc/modules-load.d/ 下的配置文件中。這些模塊很可能是本地開發(fā)項(xiàng)目的產(chǎn)物，可能涉及前沿實(shí)驗(yàn)。不管怎樣，知道你看到的是什么總是好的。

這就是如何找到模塊的方法。 如果出于某種原因，它不會(huì)自行加載，您的下一個(gè)工作就是弄清楚如何手動(dòng)加載未激活的模塊。

手動(dòng)加載內(nèi)核模塊

在加載內(nèi)核模塊之前，邏輯上您必須確認(rèn)它存在。在這之前，你需要知道它叫什么。要做到這一點(diǎn)，有時(shí)需要兼有魔法和運(yùn)氣以及在線文檔作者的辛勤工作的幫助。

我將通過描述一段時(shí)間前遇到的問題來說明這個(gè)過程。在一個(gè)晴朗的日子里，出于某種原因，筆記本電腦上的 WiFi 接口停止工作了。就這樣。也許是軟件升級(jí)把它搞砸了。誰知道呢？我運(yùn)行了 lshw -c network ，得到了這個(gè)非常奇怪的信息:

network UNCLAIMED
    AR9485 Wireless Network Adapter

Linux 識(shí)別到了接口（Atheros AR9485），但將其列為未聲明。 那么，正如他們所說的那樣，“當(dāng)情況變得嚴(yán)峻時(shí)，就會(huì)在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行艱難的搜索。” 我搜索了一下 atheros ar9 linux 模塊，在瀏覽了一頁又一頁五年前甚至是十年前的頁面后，它們建議我自己寫個(gè)模塊或者放棄吧，然后我終于發(fā)現(xiàn)（最起碼 Ubuntu 16.04）有一個(gè)可以工作的模塊。 它的名字是 ath9k 。

是的! 這場(chǎng)戰(zhàn)斗勝券在握！向內(nèi)核添加模塊比聽起來容易得多。 要仔細(xì)檢查它是否可用，可以針對(duì)模塊的目錄樹運(yùn)行 find，指定 -type f 來告訴 Linux 您正在查找文件，然后將字符串 ath9k 和星號(hào)一起添加以包含所有以你的字符串打頭的文件：

$ find /lib/modules/$(uname -r) -type f -name ath9k*
/lib/modules/4.4.0-97-generic/kernel/drivers/net/wireless/ath/ath9k/ath9k_common.ko
/lib/modules/4.4.0-97-generic/kernel/drivers/net/wireless/ath/ath9k/ath9k.ko
/lib/modules/4.4.0-97-generic/kernel/drivers/net/wireless/ath/ath9k/ath9k_htc.ko
/lib/modules/4.4.0-97-generic/kernel/drivers/net/wireless/ath/ath9k/ath9k_hw.ko

再一步，加載模塊：

# modprobe ath9k

就是這樣。無啟動(dòng)，沒煩惱。

這里還有一個(gè)示例，向您展示如何使用已經(jīng)崩潰的運(yùn)行模塊。曾經(jīng)有一段時(shí)間，我使用羅技網(wǎng)絡(luò)攝像頭和一個(gè)特定的軟件會(huì)使攝像頭在下次系統(tǒng)啟動(dòng)前無法被任何其他程序訪問。有時(shí)我需要在不同的應(yīng)用程序中打開相機(jī)，但沒有時(shí)間關(guān)機(jī)重新啟動(dòng)。（我運(yùn)行了很多應(yīng)用程序，在引導(dǎo)之后將它們?nèi)繙?zhǔn)備好需要一些時(shí)間。）

由于這個(gè)模塊可能是運(yùn)行的，所以使用 lsmod 來搜索 video 這個(gè)詞應(yīng)該給我一個(gè)關(guān)于相關(guān)模塊名稱的提示。 實(shí)際上，它比提示更好：用 video 這個(gè)詞描述的唯一模塊是 uvcvideo（如下所示）：

$ lsmod | grep video
uvcvideo               90112  0
videobuf2_vmalloc      16384  1 uvcvideo
videobuf2_v4l2         28672  1 uvcvideo
videobuf2_core         36864  2 uvcvideo,videobuf2_v4l2
videodev              176128  4 uvcvideo,v4l2_common,videobuf2_core,videobuf2_v4l2
media                  24576  2 uvcvideo,videodev

有可能是我自己的操作導(dǎo)致了崩潰，我想我可以挖掘更深一點(diǎn)，看看我能否以正確的方式解決問題。但結(jié)果你知道的；有時(shí)你不關(guān)心理論，只想讓設(shè)備工作。 所以我用 rmmod 殺死了 uvcvideo 模塊，然后用 modprobe 重新啟動(dòng)它，一切都好：

# rmmod uvcvideo
# modprobe uvcvideo

再一次：不重新啟動(dòng)。沒有其他的后續(xù)影響。