Linux-Kernel#00

Introduction

看源码查符号的网站：https://elixir.bootlin.com/

源码包含如下内容

• Documentation：文档，略
• arch：里面每一个文件夹都代表一个体系结构（比如x86，arm64），里面存放了所有和体系结构相关的代码
• block：里面包含“块设备”驱动程序的代码（比如SD卡、机械硬盘、固态硬盘就是块设备，叫块设备是因为只能以“块”为单位进行读写，与之相对的是字节设备驱动）
• crypto：存放许多加密、压缩、CRC校验等算法的源码
• drivers：包含linux内核设备驱动程序的源码，里面每一个文件夹都是一类设备（比如i2c、usb），驱动开发时要用到
• firmware：第三方设备驱动的固件（?)
• fs：各子文件夹内包含不同文件系统的实现（比如squashfs），外面还有一些共用的代码（比如挂载文件系统）
• include：和arch/…/内的include相对，这里存放和平台无关的头文件
• init：包含了内核启动的代码，init/main.c是包含其他各组件的内核核心代码
• ipc：进程间通讯的代码，比如信号量
• kernel：控制内核的代码
• lib：库函数，头文件的实现
• mm：内存管理代码
• net：网络协议代码
• scripts：编译内核的脚本
• security：访问控制（比如ACL）、权限管理、认证
• sound：声卡驱动
• tools：和内核交互的工具
• usr：早期用户空间代码
• virt：存放kvm的代码

Compile kernel

一个ubuntu14.04，kernel版本是4.4.0

ubuntu@ubuntu:~$ uname -r
4.4.0-142-generic

去下一个4.1.1的kernel（https://www.kernel.org/）

https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.1.1.tar.gz

解压，进入，make menuconfig配置编译选项，保存到.config

make -j$(nproc) bzImage，编译生成内核镜像

结束之后提示生成了一个./arch/x86/boot/bzImage，但是在x86_64的相同路径下也有一个bzImage，一看发现x86_64这个是x86的那个符号链接。

bzImage是压缩后的内核文件（即压缩后的vmlinux，vmlinux生成在根目录下）

Simulation

有了kernel的bzImage，还需要一个磁盘文件，才能用qemu仿真

依旧是下载（https://busybox.net/），解压，然后`make menuconfig`

配置里勾选Settings -> [*] Build static binary (no shared libs)

创建一个名为fs的镜像并挂载到当前机器上，将编译的busybox写入到镜像中，并且补上proc dev等一些目录

dd if=/dev/zero of=rootfs.img bs=1M count=10
mkfs.ext4 rootfs.img
mkdir fs

sudo mount -t ext4 -o loop rootfs.img ./fs
sudo make install CONFIG_PREFIX=./fs

cd fs
sudo mkdir proc dev etc home mnt
sudo cp -r ../examples/bootfloppy/etc/* etc/

cd ..
sudo chmod -R 777 fs/
sudo umount fs

安装qemu系统仿真

sudo apt-get install qemu-system-x86
qemu-system-x86_64

qemu-system-x86_64 -kernel ./linux-4.1.1/arch/x86/boot/bzImage -hda ./busybox-1.28.4/rootfs.img -append "root=/dev/sda console=ttyS0" -nographic

指定kernel，文件系统，无图形界面，将输入输出重定向到当前命令行中

内核版本是编译i的4.1.1

ctrl A + X 退出qemu

Patch Kernel

修改./arch/x86/syscalls/syscall_64.tbl文件，添加一个新的syscall

在这篇文章写的路径是arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl，去看了一下，5.x版本就多了一层叫做entry的目录

1000	64	mytestsyscall		sys_mytestsyscall

在include/linux/syscalls.h中声明这个系统调用

asmlinkage long sys_mytestsyscall(void);

在kernel/sys.c中实现这个函数

SYSCALL_DEFINE0(mytestsyscall)
{
    printk("syscall 1000 called.\n\n");
    return 0;
}

Replace Kernel

编译出bzImage之后

sudo make modules
sudo make modules_install
sudo make install
sudo update-initramfs -c -k 4.1.1
sudo update-grub
sudo apt-get install linux-source

在/etc/default/grub里设置一下，开机时长按shift进入切换kernel的界面，切换内核到4.1.1

ubuntu@ubuntu:~$ uname -r
4.1.1

测试一下之前添加的syscall

#include <unistd.h>
int main()
{
    syscall(1000);
    return 0;
}

ubuntu@ubuntu:~$ dmesg | grep "syscall 1000"
[  509.690784] syscall 1000 called.