内核模块的version magic 你知多少？

正点原子运营

以下文章摘自微信公众号——开源电子网《内核模块的version magic 你知多少？》
更多技术文章，请扫下方二维码关注

本节我们来了解内核模块的version magic，也就是kernel（内核）和内核模块的版本问题。本节的内容是笔者的一些整理和理解，如有不对的地方，希望大家指正，我们互相学习，共同进步。

1. 问题发现

    相信很多小伙伴在跟着《【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》学习Linux，尤其是刚入门Linux的小伙伴在加载驱动.ko文件的时候可能会遇见类似如下报错：

1. version magic '4.1.15 SMP preempt mod_unload modversions ARMv6 p2v8 ' should be '4.1.15-

复制代码

图1. 1 报错信息

    以上报错信息提示当前插入led.ko的version magic版本信息与正在运行的内核的version magic版本不一致，led.ko的version magic版本信息是” 4.1.15 SMP preempt mod_unload modversions ARMv6 p2v8”，kernel的version magic版本信息是” 4.1.15-gad512fa SMP preempt mod_unload modversions ARMv7 p2v8”。

    出现这种问题的原因一般是kernel与内核模块没有同时更新导致版本不一样，比如新编译的模块所对应的kernel和板子上正在运行的kernel发生了变化，模块与板子上的kernel存在不兼容等，导致模块加载失败。上面的问题正是小伙伴拿到板子以后，直接使用板子烧录好的kernel而并没有使用自己编译的kernel来做驱动实验而导致的错误。

2. 如何查看内核版本和内核模块版本2.1 uname和modinfo指令用法

2.1 uname指令主要用于查询kernel版本相关信息，用法：

uname [选项参数]

1. 选项参数如下：
   
2. -a,依次按照如下选项输出有关信息：
   
3. -s, 输出kernel名称；
   
4. -n, 输出主机名；
   
5. -r, 输出kernel发行版本号；
   
6. -v, 输出操作系统版本；
   
7. -m, 输出主机的硬件架构名称；
   
8. -p, 输出处理器类型；
   
9. -i, 输出硬件平台；
   
10. -o, 输出操作系统名称

复制代码

      一般用的较多的是uname -r和uname -a。

     modinfo主要用于查看内核模块的信息，用法：

modinfo 模块名

2.2 查看kernel和内核模块版本

    在开发板文件系统下执行uname –r可以查看kernel发行版号，执行如下指令：

1. uname -r

复制代码

    在文件系统的/lib/modules下，可以查看内核模块版本（/lib/modules/下的文件夹）：

图2.2. 1 查看kernel和内核模块版本信息

    可以看到，kernel和内核模块的发行版本号都是4.1.15-gad512fa。

    uname –r查看的是内核发行版本号，uname –a可以查看更具体的版本信息，如下：

1. uname -a

复制代码

图2.2. 2 查看kernel具体版本信息

1. 内核名称：Linux
   
2. 主机名：ATK-IMX6U
   
3. kernel发行版号：4.1.15-gad512fa
   
4. 操作系统版本和时间：#1 SMP PREEMPT Mon Mar 29 16:02:02 CST 2021
   
5. 硬件架构、处理器类型和硬件平台都是armv7l
   
6. 操作系统名称：GNU/Linux

复制代码

    当开发板启动到kernel阶段时，kernel启动时也会打印kernel的版本号：

1. Linux version 4.1.15-gad512fa (alientek@ubuntu) (gcc version 5.3.0 (GCC) ) #1 SMP PREEMPT Mon Mar 29 16:02:02 CST 2021

复制代码

    以上信息中(alientek@ubuntu)是编译kernel所使用的机器，其中，alientek是用户名，ubuntu是主机名。(gcc version 5.3.0 (GCC) )是gcc版本。通过(alientek@ubuntu)这一串打印信息，可以初步判断板子上的kernel是否是自己的ubuntu编译出来的（因为不同用户设置的ubuntu用户名会不一样），最后一串Mon Mar 29 16:02:02 CST 2021可以显示编译kernel的时间，我们在替换kernel的时候也可以通过这个时间信息来区分此时板子上的kernel是否是我们刚替换的kernel。

图2.2. 3 开发板kernel启动的信息

2.3 查看加载模块.ko版本信息

    查看所加载的模块.ko版本：

1. modinfo led.ko

复制代码

图2.3. 1 查看led.ko版本信息

1. root@ATK-IMX6U:/lib/modules/4.1.15-gad512fa# modinfo led.ko
   
2. filename:/lib/modules/4.1.15-gad512fa/led.ko
   
3. author: zuozhongkai
   
4. license: GPL
   
5. srcversion: 597E1DDC8A372707B8FD0DE
   
6. depends:        
   
7. vermagic: 4.1.15 SMP preempt mod_unload modversions ARMv6 p2v8

复制代码

对以上基本信息的简单解释：

1. filename： 文件路径
   
2. author： 显示模块开发人员
   
3. license： 协议
   
4. srcversion： 版本信息
   
5. depends： 依赖文件
   
6. vermagic：即 Version Magic String，也就是编译模块时的内核版本以及SMP与PREEMPT等配置信息。

复制代码

    根据打印信息可以知道，在led.ko文件的版本信息中，发行版号是4.1.15，和前面kernel发行版本号4.1.15-gad512fa不一致，而且显示ARMv6，而不是ARMv7，这就会导致模块.ko文件无法加载，所以会报前文的错误。

3. kernel版本由什么控制

    下面，笔者以自己移植的kernel为例进行讲解。

3.1 kernel基础版本号

    在内核源码根目录的Makefile下可以看到Linux kernel的基础版本号，如下，Linux kernel基础版本号为 4.1.15：

图3.1. 1 kernel源码根目录下Makefile文件

3.2 kernel拓展版本号

    kernel引入了一些配置信息来增强版本信息，在内核源码的include/linux/vermagic.h下我们可以看到模块的健全版本信息，如下默认配置的有：

1. MODULE_VERMAGIC_SMP=SMP；
   
2. MODULE_VERMAGIC_PREEMPT= preempt；
   
3. MODULE_VERMAGIC_MODULE_UNLOAD=mod_unload；
   
4. MODULE_VERMAGIC_MODVERSIONS= modversions；

复制代码

    其余选项的宏是空的，还有一个VERMAGIC_STRING宏：

1. #define VERMAGIC_STRING         \
   
2. UTS_RELEASE " "      \
   
3. MODULE_VERMAGIC_SMP  MODULE_VERMAGIC_PREEMPT                   \
   
4. MODULE_VERMAGIC_MODULE_UNLOAD  MODULE_VERMAGIC_MODVERSIONS  \
   
5. MODULE_ARCH_VERMAGIC

复制代码

图3.2. 1 vermagic.h文件内容

    其中，UTS_RELEASE的配置在内核源码的include/generated/utsrelease.h下可以看到， utsrelease.h的内容是由Makefile和.config的内容进行生成的，当成功编译kernel以后，utsrelease.h得到更新，如下：

1. #define UTS_RELEASE "4.1.15"

复制代码

图3.2. 2 utsrelease.h文件内容

    那么前文4.1.15-gad512fa中的-gad512fa是如何得来的呢？其实这个是开发者使用了Git来管理代码（也有使用SVN来管理代码）。如果你在开发的时候ubuntu安装了Git，在代码维护上可以使用Git来维护，当你修改或者提交代码以后，那么在UTS_RELEASE后面就会看到一串数字，例如4.1.15-gad512fa，-gad512fa这个就是Git版本控制而产生的。

    4.1.15-gad512fa这一串就组成了kernel发行版本号，发行版本号只是各个厂商用于区别自己发布的不同时期的kernel版本或者产品版本而产生的编号，完全由各厂商自己定义。

    这么一来，我移植的内核模块的部分版本信息就确定了，也就是：

1. 4.1.15  SMP  preempt   mod_unload  modversions

复制代码

    led.ko模块在编译时，kernel的版本信息会被添加到模块的modinfo段中，所以我们可以通过modinfo led.ko来查看模块的version magic信息，在加载模块的时候，装载器会比较kernel的version magic与模块modinfo段里的version magic信息，如果它们信息一致，模块才可以被加载，否则就会报错前文的信息，或者报错找不到模块，如：“could not search modules: No such file or directory”，又或者报错“Invalid module format”。

3.3 CPU核心家族选择

    此外，还注意到前面提示的ARMv7和ARMv6不一样，他们是CPU核心家族，ARM11是ARMv6架构，Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M三个系列是ARMv7架构，我们使用的阿尔法开发板的CPU是Cortex-A7内核，所以是基于 ARMv7 的平台，ARMv7是向下兼容ARMv6的。CPU核心家族选项可以在配置内核的时候进行选择。

4. 问题解决

    针对前文出现的问题，下面我给出两种解决办法。

4.1 同步更新kernel、内核模块（推荐）

    使用同一个内核源码重新编译kernel、设备树和内核模块，然后将板子的kernel和设备树一起更新，并安装内核模块，这一步做好以后再去做驱动实验部分。

1. <font color="#2e8b57">/* 编译内核 */</font>
   
2. make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage
   
3. <font color="#2e8b57">/* 编译设备树（设备树名字根据自己的实际情况来写） */</font>
   
4. make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx6ull-alientek-emmc.dtb
   
5. <font color="#2e8b57">/* 编译内核模块 */</font>
   
6. make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules
   
7. <font color="#2e8b57">/* 安装内核模块 */</font>
   
8. make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules_install INSTALL_MOD_PATH=<font color="#9932cc">后面加上文件系统的路径</font>
   

复制代码

图4.2. 1 修改内核源码根目录Makefile下的EXTRAVERSION

执行如下指令重新配置内核：

1. make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig

复制代码

配置如下，在System Typeà Multiple platform selectioà ARMv6 based platforms (ARM11)下将CPU核心家族选择的ARMv6 based platforms (ARM11)选项去掉，只留下ARMv7 based platforms (Cortex-A, PJ4, Scorpion, Krait)这项：

图4.2. 2 选择CPU核心家族

    然后重新编译kernel，在这个过程中，修改Makefile下的EXTRAVERSION =-gad512fa以后，重新编译kernel，最终kernel发行版本4.1.15-gad512fa信息会根据Makefile和.config的内容进行生成并记录在内核源码的include/generated/utsrelease.h下，如下是我编译kernel以后utsrelease.h文件的内容：

1. #define UTS_RELEASE "4.1.15-gad512fa"

复制代码

图4.2. 3 编译后查看utsrelease.h文件的内容

接着我们再编译led.ko文件，再次使用modinfo led.ko查看模块信息：

图4.2. 4 查看重新编译的led.ko的版本信息

查看led.ko版本信息是4.1.15-gad512fa SMP preempt mod_unload modversions ARMv7 p2v8，将led.ko重新拷贝到板子上（板子上的kernel不必更新），再次加载led.ko不再报错：

图4.2. 5 加载led.ko不再报错

仰望星空之云

详细文章，在 正点原子  开源电子网 公众号上可以看，链接：
https://mp.weixin.qq.com/s/IFDd5am26K1rImLXjoBhEw