カーネルドライバーとカーネルモジュールの違いは何ですか？

lspci -k3.2.0-29-genericカーネルを使用してKubuntu を実行すると、次のように表示されます。

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

カーネルドライバーnvidiaとカーネルモジュールnvidia_currentがnouveauありnvidiafbます。

カーネルドライバーとカーネルモジュールの違いは何だろうか？

カーネルモジュールは、with insmodやなど、実行時にカーネルに挿入できるコンパイル済みのコードですmodprobe。

ドライバーは、カーネル内で実行されてハードウェアデバイスと通信する少しのコードです。ハードウェアを「駆動」します。コンピューターのほとんどのハードウェアには、関連するドライバーがあります。¹実行中のカーネルの大部分はドライバーコードです。²

ドライバーは、ディスク上のカーネルファイルに静的に組み込まれる場合があります。³ドライバーは、後で動的にロードできるように、カーネルモジュールとして組み込まれる場合もあります。（そして、おそらくアンロードされます。）

標準的な方法は、ドライバーをカーネルに静的にリンクするのではなく、可能であればカーネルモジュールとしてドライバーを構築することです。これにより、柔軟性が向上します。ただし、そうしない正当な理由があります。

• システムを起動するために、特定のドライバーが絶対に必要な場合があります。initrd機能のため、想像するほど頻繁には起こりません。

• 静的に構築されたドライバーは、組み込みシステムなど、静的にスコープされたシステムでまさに必要なものです。つまり、どのドライバーが常に必要であり、これが決して変わらないことを正確に事前に知っている場合、動的カーネルモジュールに煩わされない正当な理由があります。

• カーネルを静的に構築し、Linuxの動的モジュールロード機能を無効にすると、カーネルコードの実行時の変更を防ぎます。これにより、柔軟性が犠牲になりますが、セキュリティと安定性が向上します。

すべてのカーネルモジュールがドライバーではありません。たとえば、Linuxカーネルの比較的最近の機能は、別のプロセススケジューラをロードできることです。別の例として、より複雑なタイプのハードウェアには、低レベルのハードウェアドライバーとユーザーランドの間に位置する複数の汎用レイヤーがあります（USB HIDドライバーなど、USBスタックの特定の要素を実装し、基盤となるハードウェアとは無関係です）。

サイド：

1. この広範なステートメントの1つの例外はCPUチップであり、これには「ドライバー」自体がありません。コンピューターには、ドライバーがないハードウェアも含まれている場合があります。

2. OSカーネルの残りのコードは、メモリ管理、IPC、スケジューリングなどの一般的なサービスを提供します。これらのサービスは、先にリンクした例のように、主にユーザーランドアプリケーションを提供するか、ドライバーやその他のイントラが使用する内部サービスである場合がありますカーネルインフラストラクチャ。

3. ブートプロセスの初期段階でブートローダー/bootによってブート時にRAMにロードされる1つ。

lspci出力に関する特定の質問に答えるために、「カーネルドライバー」行は、現在カードにバインドされているドライバー、この場合は専用nvidiaドライバーを示します。「カーネルモジュール」行には、このカードにバインドできることがわかっているすべてのドライバーが一覧表示されます。ここで、独自のドライバは別の名前を表示します。これは、おそらくlspci、ドライバとそのファイル名と、ドライバ自体にコード化された名前の検出方法によるものです。

この素敵なチュートリアルによると：

...モジュールの1つのタイプはデバイスドライバーで、これによりカーネルはシステムに接続されたハードウェアにアクセスできます。

したがって、ツリーを描画しようとすると、モジュールを継承する（拡張する）「デバイスドライバー」があり、より具体的な特性があり、その間に「ハードウェアへのアクセス」があります...

カーネルモジュールは、デバイスドライバーではない場合があります。

「カーネルドライバー」は明確に定義された用語ではありませんが、試してみましょう。

これは、ハードウェアを駆動しないカーネルモジュールであるため、「デバイスドライバー」と見なすことはできません。

#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)

ビルド後、以下で使用できます。

insmod hello.ko

そして、に出力hello initしdmesgます。

ただし、デバイスドライバーではないが実際に有用なカーネルモジュールがあります。たとえば、カーネルデバッグ/パフォーマンス情報を公開するモジュールなどです。

通常、デバイスドライバーもカーネルモジュールです。

「デバイスドライバー」であるものの例は、ハードウェアを駆動する必要があり、ハードウェアの説明が複雑になる傾向があるため、生成が少し難しくなります。

ただし、QEMUまたは他のエミュレータを使用して、実際のハードウェアまたは単純化されたハードウェアのソフトウェアモデルを構築できます。これは、ハードウェアとの対話方法を学ぶのに最適な方法です。最小限のPCIデバイスドライバーの簡単な例を次に示します。https : //github.com/cirosantilli/linux-kernel-module-cheat/blob/6788a577c394a2fc512d8f3df0806d84dc09f355/kernel_module/hello.c

次に、x86で、ハードウェアとの会話が次のようになることがわかります。

• inおよびout指示、例えばhttps://stackoverflow.com/questions/3215878/what-are-in-out-instructions-in-x86-used-for/33444273#33444273
• ハンドラーをCPUに登録して割り込みを処理する

「ユーザー空間とカーネル空間の違いは何ですか？」で説明されているように、これらの操作は一般にユーザーランドから実行できません。いくつかの例外は、しかし、があります。https://stackoverflow.com/questions/7986260/linux-interrupt-handling-in-user-space。

カーネルは、そのようなハードウェアの相互作用をより簡単で移植性の高いものにするために、より高いレベルのAPIを提供します。

• request_irq 割り込みを処理する
• ioreadX およびIOメモリマッピング
• PCIやUSBなどの一般的なプロトコル向けのさらに高いレベルのインターフェース

私の答えはジムに行きます。カーネルドライバーは、ハードウェアを駆動するように設計されたプログラム（カーネルモジュール）です。lspciの出力では、nvidiaはloadedデバイスのモジュールであるため、カーネルドライバーであると表示されます。それに加えて、他の利用可能なカーネルモジュールも利用可能です。

私は、Linuxのコマンドを一覧表示し、ドライバーがある削除することを追加しますlsmodとrmmod、それぞれ。これは、モジュールのリストとモジュールの削除を示しています。

すべてのドライバーはモジュールです。すべてのモジュールがドライバーではありません。

モジュールは実行時に挿入できます。モジュール/ドライバーは、カーネルとともに静的にコンパイルすることもできます。

典型的なモジュールの初期化には

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

同じモジュールをドライバーにすることができます

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