Kernel modules

Drivers

Pour pouvoir utiliser un périphérique, Linux doit savoir communiquer avec.
Ce sont les pilotes (driver en anglais), développés par les fabricants, qui permettent au système d’exploitation de communiquer avec le périphérique — et inversemment. Autrement dit, un driver sert en quelque sorte de “traducteur” entre les commandes que l’OS connaît et les commandes que le périphérique connaît.
Au moment du démarrage du système, c’est le firmware qui effectue une initialisation de bas niveau du matériel avant de rendre le contrôle au programme de boot — le bootloader.

Modules

Le kernel Linux est compilé avec plusieurs drivers de périphériques pré-installés. Mais avoir les drivers de chaque périphérique possible stocké directement dans le kernel ne serait pas judicieux — ça le rendrait énorme.

Pour parer ce problème, les drivers peuvent être chargés a posteriori dans le kernel grace à des modules.
La modularité du noyau permet d’ajouter du matériel sans qu’il soit toujours nécessaire de recompiler le noyau.
Les modules ne se limitent pas au drivers de périphériques, ça peut également être des drivers de systèmes de fichiers, de réseau, des appels système ou encore des loaders executables.

La plupart des fonctionnalités du noyau peuvent être configurées sous forme de modules, même s’il est peu probable qu’elles soient utilisées. Cette flexibilité facilite également le développement de nouvelle fonctionnalités, puisqu’il n’est presque jamais nécessaire de redémarrer le système pour effectuer des tests pendant le développement et le debuggage.
Les fichiers des modules du noyau sont stockés dans /lib/modules.
Chaque module est spécifique à un noyau, et est typiquement stocké dans /lib/modules/*/kernel/drivers — où * désigne la version du noyau Linux
```
$ ls /lib/modules/5.4.0-122-generic/kernel/drivers
```

Quand ajouter un driver

Si vous branchez un périphérique, vous remarquerez que la plupart du temps, il marche directement:
c’est parce que le système l’a détecté et a automatiquement ajouté les pilotes qui manquaient. On peut récupérer directement le pilote standard dans les repos Ubuntu — et non le pilote propriétaire.
Dans la plupart des cas, si vous achetez un périphérique, vous aurez avec un CD qui contient le pilote. Dans certains cas, par exemple pour une carte graphique, vous devez vous rendre sur le site officiel pour télécharger les pilotes. Si vous branchez un périphérique et qu’il ne marche pas, la première question à se poser est avez-vous installé le (bon) pilote?

Modules chargés

lsmod permet de lister les modules chargés.
On peut également utiliser cat /proc/modules

$ lsmod | head -5
Module                  Size  Used by
xt_conntrack           16384  2
xt_MASQUERADE          20480  2
nf_conntrack_netlink    49152  0
nfnetlink              20480  2 nf_conntrack_netlink

$ cat /proc/modules | head -5
xt_conntrack 16384 2 - Live 0x0000000000000000
xt_MASQUERADE 20480 2 - Live 0x0000000000000000
nf_conntrack_netlink 49152 0 - Live 0x0000000000000000
nfnetlink 20480 2 nf_conntrack_netlink, Live 0x0000000000000000
xfrm_user 40960 1 - Live 0x0000000000000000

Détails d’un module

modinfo permet d’obtenir des informations sur les modules (qu’ils soient chargés ou non) — avec notamment le path du fichier et sa description. Notons que l’extension .ko indique qu’il s’agit d’un module du kernel.

$ modinfo e1000e
filename:       /lib/modules/5.15.0-73-generic/kernel/drivers/net/ethernet/intel/e1000e/e1000e.ko
license:        GPL v2
description:    Intel(R) PRO/1000 Network Driver
author:         Intel Corporation, <linux.nics@intel.com>
srcversion:     6297C82429312563C41575B
...

Ajouter un module

Les commandes insmod et modprobe permettent toutes deux d’insérer un module chargeable dans le noyau (avec les privilèges root).

insmod prend le path absolu du module et ne charge pas les dépendences du module, contrairement à modprobe.

$ ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/net/ethernet/intel/e1000e/e1000e.ko
/lib/modules/5.15.0-73-generic/kernel/drivers/net/ethernet/intel/e1000e/e1000e.ko

$ sudo insmod /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/net/ethernet/intel/e1000e/e1000e.ko

Les modules sont généralement chargés avec modprobe.
Lorsqu’un module est chargé avec modprobe, le système charge automatiquement tous les autres modules qui doivent être chargés en premier.
```
$ sudo modprobe e1000e
```
Note: Les modules chargés avec des licences open source non valides marquent le kernel comme tainted — altéré.

Base de données

modprobe nécessite une base de données de dépendances.
Elle est stockée dans le fichier /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep

Pour générer ou mettre à jour ce fichier:
```
$ sudo depmod
```

Paramètres

Des paramètres peuvent être spécifiés au chargement des modules pour modifier leur comportement.

$ sudo /sbin/insmod <pathto>/e1000e.ko debug=2 copybreak=256

$ sudo /sbin/modprobe e1000e debug=2 copybreak=256

La liste des paramètres disponibles est visible avec modinfo. De nombreuses informations peuvent également être consultées dans /sys et tous les paramètres peuvent être lus et/ou écrits dans /sys/module/NAME/parameters.

$ modinfo sg
name:           sg
filename:       (builtin)
alias:          char-major-21-*
version:        3.5.36
license:        GPL
file:           drivers/scsi/sg
description:    SCSI generic (sg) driver
author:         Douglas Gilbert
parm:           scatter_elem_sz:scatter gather element size (default: max(SG_SCATTER_SZ, PAGE_SIZE)) (int)
parm:           def_reserved_size:size of buffer reserved for each fd (int)
parm:           allow_dio:allow direct I/O (default: 0 (disallow)) (int)

$ ls /sys/module/sg/parameters
allow_dio  def_reserved_size  scatter_elem_sz

Retirer un module

Les commandes rmmod et modprobe -r permettent toutes deux de retirer un module chargeable du kernel (avec les privilèges root).
rmmod ne retire pas les dépendences chargés, contrairement à mobprobe -r
```
sudo rmmod e1000e
```
Lorsqu’un module est déchargé avec modprobe -r, le système décharge automatiquement tous les autres modules uitlisés par le module, s’ils ne sont pas utilisés simultanément par d’autres modules chargés.
```
sudo modprobe -r e1000e
```
Il est impossible de décharger un module utilisé par un ou plusieurs autres modules. Il est égalemeent impossible de décharger un module utilisé par un ou plusieurs processus. Ce qu’on peut vérifier dans les deux cas à partir de la liste lsmod, colonne “Used by”

Certains modules ne tiennent pas compte de ce nombre de références, comme les drivers de périphérique réseau, car il serait trop difficile de remplacer temporairement un module par un autre sans arrêter et redémarrer une grande partie de la stack réseau.

Fichiers de configuration

Tous les fichiers /etc/modprobe.d/*.conf sont analysés quand des modules sont chargés ou décharg”s à l’aide de modprobe.

Ces fichiers contrôlent certains paramètres, comme les alias et les options par défaut. On peut également établir une blacklist de modules pour éviter qu’ils ne soient chargés. Ces configurations peuvent être modifiées au besoin.

$ cat /etc/modprobe.d/iwlwifi.conf
# /etc/modprobe.d/iwlwifi.conf
# iwlwifi will dyamically load either iwldvm or iwlmvm depending on the
# microcode file installed on the system.  When removing iwlwifi, first
# remove the iwl?vm module and then iwlwifi.
remove iwlwifi \
(/sbin/lsmod | grep -o -e ^iwlmvm -e ^iwldvm -e ^iwlwifi | xargs /sbin/rmmod) \
&& /sbin/modprobe -r mac80211

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