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The Operating System

07 Oct 2023

创建一个简单的内核模块 #

内核模块文件：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>

static int __init my_test_init(void)
{
	printk(KERN_EMERG "my first kernel module init\n");
	return 0;
}

static void __exit my_test_exit(void)
{
	printk("goodbye\n");
}

module_init(my_test_init);
module_exit(my_test_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("rlk");
MODULE_DESCRIPTION("my test kernel module");
MODULE_ALIAS("mytest");

<linux/init.h> 对应的是 include/linux/init.h，包含了 module_init() 和 module_exit() 的函数声明。module_init 表示这是模块入口，module_exit 告诉内核该模块的退出函数。
<linux/module.h> 对应的是 include/linux/module.h 包含了 MODULE_AUTHOR() 等一些宏的声明。

接着来看如何编译内核模块：

#BASEINCLUDE ?= /home/rlk/rlk/runninglinuxkernel_5.0
BASEINCLUDE ?= /lib/modules/`uname -r`/build

CONFIG_MODULE_SIG=n

mytest-objs := my_test.o 

obj-m	:=   mytest.o
all : 
	$(MAKE) -C $(BASEINCLUDE) M=$(PWD) modules;

clean:
	$(MAKE) -C $(BASEINCLUDE) M=$(PWD) clean;
	rm -f *.ko;

BASEINCLUDE 指向正在运行 Linux 的内核编译目录。
<模块名>-objs := <目标文件>.o 表示该内核模块需要哪些目标文件
obj-m := <模块名>.o 表示要生成的模块

插入模块:

03 Oct 2023

搭建 Linux Kernel 开发环境

第一步先进行源码拉取，这里使用的是一个特别版本：https://github.com/runninglinuxkernel/runninglinuxkernel_5.0.git

我们还需要下载 ARM 编译工具链：https://developer.arm.com/downloads/-/arm-gnu-toolchain-downloads (我使用的是10.3的版本)

编译 Kernel #

run_rlk_arm64.sh 这段脚本中提供了下面这几行代码来编译 kernel:

make_kernel_image(){
	echo "start build kernel image..."
	make debian_defconfig
	make -j $JOBCOUNT
}

运行：

./run_rlk_arm64.sh build_kernel

从上面的代码可以看出，编译内核只需要两步：

配置编译选项：make menuconfig 或者 make %_defconfig。 menuconfig 是 Linux 提供的一种文字式图形化配置方式，依赖 libncurses5-dev。make %_defconfig 会依赖下面的这几行，在固定的路径去读取相应的 config 文件

# scripts/kconfig/Makefile

%_defconfig: $(obj)/conf
	$(Q)$< $(silent) --defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$@ $(Kconfig)

make -j$(nproc) 编译

如果是替换本机的 Linux 内核还需要做以下的几步： 3. make modules_install 4. make install

编译 rootfs #

kernel_build=$PWD/rootfs_debian_arm64/usr/src/linux/

prepare_rootfs(){
	if [ ! -d $rootfs_path ]; then
		echo "decompressing rootfs..."
		# split -d -b 80m rootfs_debian_arm64.tar.xz -- rootfs_debian_arm64.part 
		cat rootfs_debian_arm64.part0* > rootfs_debian_arm64.tar.xz
		tar -Jxf rootfs_debian_arm64.tar.xz
	fi
}

build_kernel_devel(){
	kernver="$(cat include/config/kernel.release)"
	echo "kernel version: $kernver"

	mkdir -p $kernel_build
	rm rootfs_debian_arm64/lib/modules/$kernver/build
	cp -a include $kernel_build
	cp Makefile .config Module.symvers System.map vmlinux $kernel_build
	mkdir -p $kernel_build/arch/arm64/
	mkdir -p $kernel_build/arch/arm64/kernel/

	cp -a arch/arm64/include $kernel_build/arch/arm64/
	cp -a arch/arm64/Makefile $kernel_build/arch/arm64/
	cp arch/arm64/kernel/module.lds $kernel_build/arch/arm64/kernel/

	ln -s /usr/src/linux rootfs_debian_arm64/lib/modules/$kernver/build

	# ln to debian linux-5.0/scripts
	ln -s /usr/src/linux-kbuild/scripts rootfs_debian_arm64/usr/src/linux/scripts
	#ln -s /usr/src/linux-kbuild/tools rootfs_debian_arm64/usr/src/linux/tools
}

build_rootfs(){
	if [ ! -f $rootfs_image ]; then
		make install
		make modules_install -j $JOBCOUNT
		# make headers_install

		build_kernel_devel

		echo "making image..."
		dd if=/dev/zero of=$rootfs_image bs=1M count=$rootfs_size
		mkfs.ext4 $rootfs_image
		mkdir -p tmpfs
		echo "copy data into rootfs..."
		mount -t ext4 $rootfs_image tmpfs/ -o loop
		cp -af $rootfs_path/* tmpfs/
		umount tmpfs
		chmod 777 $rootfs_image

		rm -rf $rootfs_path
	fi
}

使用 Qemu 运行 #

编译 QEMU，编译选项记得开启 --enable-kvm --enable-virtfs
使用下面的脚本运行

run_qemu_debian(){
	cmd="$QEMU -m 1024 -cpu cortex-a57 -smp 4 -M virt,gic-version=3,its=on,iommu=smmuv3\
		-nographic $SMP -kernel arch/arm64/boot/Image \
		-append \"$kernel_arg $debug_arg $rootfs_arg $crash_arg $dyn_arg\"\
		-drive if=none,file=$rootfs_image,format=raw,id=hd0\
		-device virtio-blk-device,drive=hd0\
		--fsdev local,id=kmod_dev,path=./kmodules,security_model=none\
		-device virtio-9p-pci,fsdev=kmod_dev,mount_tag=kmod_mount\
		$DBG"
	echo "running:"
	echo $cmd
	eval $cmd

}

调试内核 #

我们使用 gdb 加 qemu 来调试内核