Linux系统中kernel module（内核模块）的加载机制是怎样工作的？

加载内核模块的完整流程 #

• 首先由用户态工具（最常见的是insmod、modprobe）读取后缀为.ko的模块二进制文件，调用内核提供的init_module系统调用将模块内容传入内核
• 内核首先做合法性校验：匹配模块编译时对应的内核版本和当前运行内核版本是否兼容，检查模块依赖的内核符号是否都存在，校验加载权限（一般需要root权限才能加载模块）
• 校验通过后，内核会在内核专属的虚拟地址空间中分配对应大小的内存，分别存放模块的可执行代码段（text段）、已初始化数据段（data段）、零初始化数据段（bss段）
• 完成符号重定位：把模块代码里引用的内核函数、全局变量的占位符，替换成内核实际的虚拟地址
• 执行模块开发者通过module_init()宏注册的初始化函数，完成模块自身的业务初始化，比如注册设备驱动、创建sys/proc文件节点、初始化硬件设备等
• 最后将模块加入内核全局的已加载模块链表，后续可以通过lsmod命令查看到该模块的加载状态、依赖关系

内核模块的运行形态 #

内核模块不是独立进程，加载完成后就属于内核代码的一部分，和内核原生的核心组件享有完全相同的权限，全部运行在内核态。
它没有独立的进程上下文，也没有专属的进程控制块和地址空间：触发模块代码执行时，如果是响应用户进程的系统调用，就运行在当前触发请求的用户进程的内核上下文中；如果是响应中断、软中断这类异步事件，就运行在对应的内核中断上下文中。

内核模块的段内存分配位置 #

已加载模块的所有内存段都分配在内核虚拟地址空间范围内，不会和任何用户态进程的地址空间重叠：

• text段（可执行代码）会被分配到内核地址空间中标记为「只读+可执行」的模块专属内存区域，现代开启了KASLR（内核地址空间布局随机化）的系统会随机化该区域的起始地址，降低漏洞被利用的风险
• data段（存储已初始化的全局变量、静态变量）和bss段（存储未初始化的全局变量、静态变量）会被分配到内核地址空间中标记为「可读写」的模块专属内存区域

对于32位Linux系统，内核虚拟地址空间一般是3GB~4GB的地址范围；对于64位Linux系统，内核虚拟地址空间一般是高地址的特定范围，完全独立于低地址的用户态地址空间。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者bharath