Qual é a diferença entre drivers e módulos do kernel?

Quando eu faço um lspci -kno meu Kubuntu com um kernel 3.2.0-29-genérico, vejo algo assim:

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

Há um driver de kernel nvidiae os módulos do kernel nvidia_current, nouveau, nvidiafb.

Agora eu me perguntava qual seria a diferença entre os drivers do Kernel e os módulos do Kernel.

Um módulo do kernel é um pouco de código compilado que pode ser inserido no kernel em tempo de execução, como com insmodou modprobe.

Um driver é um pouco de código que é executado no kernel para conversar com algum dispositivo de hardware. "Conduz" o hardware. Quase todo hardware do seu computador possui um driver associado.¹ Grande parte do kernel em execução é o código do driver.²

Um driver pode ser incorporado estaticamente no arquivo do kernel no disco.³ Um driver também pode ser criado como um módulo do kernel, para que possa ser carregado dinamicamente mais tarde. (E talvez descarregado.)

A prática padrão é criar drivers como módulos do kernel sempre que possível, em vez de vinculá-los estaticamente ao kernel, pois isso oferece mais flexibilidade. Existem boas razões para não, no entanto:

• Às vezes, um determinado driver é absolutamente necessário para ajudar o sistema a inicializar. Isso não acontece com a frequência que você imagina, devido ao recurso initrd .

• Drivers estaticamente criados podem ser exatamente o que você deseja em um sistema com escopo estaticamente, como um sistema incorporado . Ou seja, se você souber com antecedência exatamente quais drivers serão sempre necessários e que isso nunca mudará, você tem um bom motivo para não se preocupar com os módulos dinâmicos do kernel.

• Se você construir seu kernel estaticamente e desativar o recurso de carregamento de módulo dinâmico do Linux, evite a modificação em tempo de execução do código do kernel. Isso fornece segurança e estabilidade adicionais à custa da flexibilidade.

Nem todos os módulos do kernel são drivers. Por exemplo, um recurso relativamente recente no kernel do Linux é que você pode carregar um agendador de processos diferente . Outro exemplo é que os tipos de hardware mais complexos geralmente têm várias camadas genéricas que ficam entre o driver de hardware de baixo nível e a área do usuário, como o driver USB HID , que implementa um elemento específico da pilha USB , independente do hardware subjacente.

Apartes:

1. Uma exceção a essa declaração ampla é o chip da CPU, que não possui "driver" em si . Seu computador também pode conter hardware para o qual você não possui driver.

2. O restante do código em um kernel do SO fornece serviços genéricos como gerenciamento de memória , IPC , agendamento , etc. Esses serviços podem servir principalmente a aplicativos da terra do usuário , como nos exemplos vinculados anteriormente, ou podem ser serviços internos usados ​​por drivers ou outros infraestrutura de kernel.

3. Aquele /bootcarregado na RAM no momento da inicialização pelo carregador de inicialização no início do processo de inicialização .

Para responder sua pergunta específica sobre a lspcisaída, a linha "driver do kernel" refere-se a qual driver está atualmente vinculado à placa, nesse caso, o nvidiadriver proprietário . A linha "módulos do kernel" lista todos os drivers conhecidos por serem capazes de vincular a esta placa. Aqui, o driver proprietário mostra um nome diferente, provavelmente devido à lspcilocalização do driver e seu nome de arquivo versus o nome codificado no próprio driver.

De acordo com este bom tutorial :

... um tipo de módulo é o driver de dispositivo, que permite ao kernel acessar o hardware conectado ao sistema.

Portanto, se tentarmos desenhar uma árvore, teremos o "Driver de dispositivo" que herda do módulo (estende) e que possui características mais específicas, entre as quais encontramos "acesso ao hardware" ...

Um módulo do kernel pode não ser um driver de dispositivo.

"Driver do kernel" não é um termo bem definido, mas vamos tentar.

Este é um módulo do kernel que não conduz nenhum hardware e, portanto, não pode ser considerado razoavelmente um "driver de dispositivo":

#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)

Após a compilação, você pode usá-lo com:

insmod hello.ko

e imprime hello initpara dmesg.

No entanto, existem módulos do kernel que não são drivers de dispositivo, mas são realmente úteis, por exemplo, módulos que expõem informações de depuração / desempenho do kernel.

Drivers de dispositivo geralmente também são módulos do kernel.

Um exemplo de algo que é um "driver de dispositivo" é um pouco mais difícil de gerar, pois requer um hardware para dirigir e as descrições de hardware tendem a ser complicadas.

No entanto, usando o QEMU ou outros emuladores, podemos construir modelos de software de hardware real ou simplificado, o que é uma ótima maneira de aprender a conversar com o hardware. Aqui está um exemplo simples de um driver de dispositivo PCI mínimo: https://github.com/cirosantilli/linux-kernel-module-cheat/blob/6788a577c394a2fc512d8f3df0806d84dc09f355/kernel_module/hello.c

Vemos então que, no x86, conversar com o hardware se resume a:

• ine outinstruções, por exemplo, https://stackoverflow.com/questions/3215878/what-are-in-out-instructions-in-x86-used-for/33444273#33444273
• manipulando interrupções registrando manipuladores na CPU

Em geral, essas operações não podem ser realizadas a partir da terra do usuário, conforme explicado em: Qual é a diferença entre o espaço do Usuário e o espaço do Kernel? No entanto, existem algumas exceções: https://stackoverflow.com/questions/7986260/linux-interrupt-handling-in-user-space .

O kernel oferece APIs de nível superior para tornar essa interação de hardware mais fácil e mais portátil:

• request_irq lidar com interrupções
• ioreadX mapeamento de memória IO
• interfaces de nível ainda mais alto para protocolos populares como PCI e USB

Minha resposta vai com Jim. Um driver do kernel é um programa (módulo do kernel) projetado para conduzir uma peça de hardware. A saída lspci diz que a nvidia é o driver do kernel, pois é o loadedmódulo do dispositivo. Junto com ele vem outros módulos de kernel disponíveis.

Vou acrescentar que os comandos no linux para listar e remover drivers são lsmode rmmodrespectivamente. O que diz listar módulo e remover módulo.

Todos os drivers são módulos. Nem todos os módulos são drivers.

Módulos podem ser inseridos em tempo de execução. Módulos / Drivers também podem ser compilados estaticamente, juntamente com o kernel.

O módulo típico init possui

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

O mesmo módulo pode ser um driver

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