内核模块编译过程摘要记录

Posted 2020-07-10 PaperF

内核模块编译

1、实验原理

Linux模块是一些可以作为独立程序来编译的函数和数据类型的集合。之所以提供模块机制，是因为Linux本身是一个单内核。单内核由于所有内容都集成在一起，效率很高，但可扩展性和可维护性相对较差，模块机制可弥补这一缺陷。

Linux模块可以通过静态或动态的方法加载到内核空间，静态加载是指在内核启动过程中加载；动态加载是指在内核运行的过程中随时加载。

一个模块被加载到内核中时，就成为内核代码的一部分。模块加载入系统时，系统修改内核中的符号表，将新加载的模块提供的资源和符号添加到内核符号表中，以便模块间的通信。

2、编写模块代码

1）模块构造函数：执行insmod或modprobe指令加载内核模块时会调用的初始化函数。函数原型必须是module_init()，括号内是函数指针

2）模块析构函数：执行rmmod指令卸载模块时调用的函数。函数原型是module_exit()

3）模块许可声明：函数原型是MODULE_LICENSE()，告诉内核该程序使用的许可证，不然在加载时它会提示该模块污染内核。一般会写GPL。

头文件module.h，必须包含此文件；
头文件kernel.h，包含常用的内核函数；
头文件init.h包含宏_init和_exit，允许释放内核占用的内存。

实践代码：

 

3、编译模块

编写makefile文件。如下是根据自己情况改写的：

第一行的name换成你自己写的.c文件名。
第三行的LINUX_KERNEL_PATH为自己的内核版本对应的内核源码包地址
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) 指明跳转到内核源码目录下读取那里的Makefile
M=$(CURRENT_PATH) 表明返回到当前目录继续执行当前的Makefile。 

编译执行过程我们都会了就不写了。

4、加载模块

sudo insmod name.ko

5、测试模块

dmesg看内核信息

6、卸载模块

sudo rmmod name

这时用dmesg看内核信息，就会看到写在module_exit()中的输出。(由于我之前做的那个模块还存在，所以打印中也出现了其他模块的内容。)

7、实现输出当前进程信息的功能

8、实现读取进程链表的功能

在上一个代码的基础上，修改代码。

 

for_each_process()是一个宏，定义如下：

 

即for循环，从第一个PCB（叫做init_task）开始，顺着next指针遍历。

修改Makefile，make，insmod。

 

8.高级模块的编译（替换系统调用模块）——深入项目

1.首先编写一个代码——系统调用。syscall.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <linux/sched.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
#define SYS_CALL_TABLE_ADDRESS 0xffffffff81801400  //从/proc/kallsyms 提取的 sys_call_table对应的地址
#define NUM 223  //系统调用号为223
int orig_cr0;  //用来存储cr0寄存器原来的值
unsigned long *sys_call_table_my = 0;
static int (*anything_saved)(void);  //定义一个函数指针，用来保存一个系统调用
static int clear_cr0(void)  //使cr0寄存器的第17位设置为0(即是内核空间可写)
{
        unsigned int cr0 = 0;
        unsigned int ret;
        asm volatile ("movq %%cr0, %%rax":"=a"(cr0));  //将cr0寄存器的值移动到eax的寄存器中，同时输出到cr0变量中
        ret = cr0;
        cr0 &= 0xfffeffff;  //将cr0变量的值中的第17位清0,一会将修改后的值写入cr0寄存器
        asm volatile ("movq %%rax, %%cr0": :"a"(cr0));  //将cr0变量的值做为输入，输入到寄存器eax中，同时移动到寄存器cr0中
        return ret;
}
static void setback_cr0(int val)  //使cr0寄存器设置为不可写
{
        asm volatile ("movq %%rax, %%cr0": : "a"(val));
}
asmlinkage long sys_mycall(void)  //定义自己的系统调用
{
        printk("模块系统调用-当前pid:%d, 当前comm:%s\\n", current->pid, current->comm);
        return current->pid;
}
static int __init call_init(void)
{
        sys_call_table_my = (unsigned long*)(SYS_CALL_TABLE_ADDRESS);
        printk("call_init.......\\n");
        anything_saved = (int (*)(void))(sys_call_table_my[NUM]);  //保存系统调用表中的NUM位置上的系统调用
        orig_cr0 = clear_cr0();  //使内核地址空间可写
        sys_call_table_my[NUM] =(unsigned long) &sys_mycall;  //用自己的系统调用替换NUM位置上的系统调用
        setback_cr0(orig_cr0);  //使内核地址空间不可写
        return 0;
}
static void __exit call_exit(void)
{
        printk("call_exit..........\\n");
        orig_cr0 = clear_cr0();
        sys_call_table_my[NUM] = (unsigned long)anything_saved;  //将系统调用恢复
        setback_cr0(orig_cr0);
}
module_init(call_init);
module_exit(call_exit);

注意：①系统调用表的地址由cat /proc/kallsyms | grep sys_call_table命令得到

②将嵌入汇编代码中指令和寄存器名改为64位格式（movl→movq、%eax→%rax）

2.测试模块功能

输出Hello和当前进程号pid。

可见不同时间执行该程序，进程号都不同。

小结

做了模块部分的实践，掌握了几个重要的命令操作。知道了如何装载模块等等。我把一些做实验必须用到的素材和步骤记录下来。其他详解能理解的就不赘述了。这方面的实践要不要继续做下去呢，让我看看接下来的课程安排再做计划。看看是要做别的实践任务还是要深入做。