исходный код ядра linux

Пишем простой модуль ядра Linux

Захват Золотого Кольца-0

Linux предоставляет мощный и обширный API для приложений, но иногда его недостаточно. Для взаимодействия с оборудованием или осуществления операций с доступом к привилегированной информации в системе нужен драйвер ядра.

Модуль ядра Linux — это скомпилированный двоичный код, который вставляется непосредственно в ядро Linux, работая в кольце 0, внутреннем и наименее защищённом кольце выполнения команд в процессоре x86–64. Здесь код исполняется совершенно без всяких проверок, но зато на невероятной скорости и с доступом к любым ресурсам системы.

Не для простых смертных

Написание модуля ядра Linux — занятие не для слабонервных. Изменяя ядро, вы рискуете потерять данные. В коде ядра нет стандартной защиты, как в обычных приложениях Linux. Если сделать ошибку, то повесите всю систему.

Ситуация ухудшается тем, что проблема необязательно проявляется сразу. Если модуль вешает систему сразу после загрузки, то это наилучший сценарий сбоя. Чем больше там кода, тем выше риск бесконечных циклов и утечек памяти. Если вы неосторожны, то проблемы станут постепенно нарастать по мере работы машины. В конце концов важные структуры данных и даже буфера могут быть перезаписаны.

Можно в основном забыть традиционные парадигмы разработки приложений. Кроме загрузки и выгрузки модуля, вы будете писать код, который реагирует на системные события, а не работает по последовательному шаблону. При работе с ядром вы пишете API, а не сами приложения.

У вас также нет доступа к стандартной библиотеке. Хотя ядро предоставляет некоторые функции вроде printk (которая служит заменой printf ) и kmalloc (работает похоже на malloc ), в основном вы остаётесь наедине с железом. Вдобавок, после выгрузки модуля следует полностью почистить за собой. Здесь нет сборки мусора.

Необходимые компоненты

Прежде чем начать, следует убедиться в наличии всех необходимых инструментов для работы. Самое главное, нужна машина под Linux. Знаю, это неожиданно! Хотя подойдёт любой дистрибутив Linux, в этом примере я использую Ubuntu 16.04 LTS, так что в случае использования других дистрибутивов может понадобиться слегка изменить команды установки.

Во-вторых, нужна или отдельная физическая машина, или виртуальная машина. Лично я предпочитаю работать на виртуальной машине, но выбирайте сами. Не советую использовать свою основную машину из-за потери данных, когда сделаете ошибку. Я говорю «когда», а не «если», потому что вы обязательно подвесите машину хотя бы несколько раз в процессе. Ваши последние изменения в коде могут ещё находиться в буфере записи в момент паники ядра, так что могут повредиться и ваши исходники. Тестирование в виртуальной машине устраняет эти риски.

И наконец, нужно хотя бы немного знать C. Рабочая среда C++ слишком велика для ядра, так что необходимо писать на чистом голом C. Для взаимодействия с оборудованием не помешает и некоторое знание ассемблера.

Установка среды разработки

На Ubuntu нужно запустить:

Устанавливаем самые важные инструменты разработки и заголовки ядра, необходимые для данного примера.

Примеры ниже предполагают, что вы работаете из-под обычного пользователя, а не рута, но что у вас есть привилегии sudo. Sudo необходима для загрузки модулей ядра, но мы хотим работать по возможности за пределами рута.

Начинаем

Приступим к написанию кода. Подготовим нашу среду:

Запустите любимый редактор (в моём случае это vim) и создайте файл lkm_example.c следующего содержания:

Мы сконструировали самый простой возможный модуль, рассмотрим подробнее самые важные его части:

Теперь можно внедрить модуль и проверить его. Для этого запускаем:

Если всё нормально, то вы ничего не увидите. Функция printk обеспечивает выдачу не в консоль, а в журнал ядра. Для просмотра нужно запустить:

Вы должны увидеть строку “Hello, World!” с меткой времени в начале. Это значит, что наш модуль ядра загрузился и успешно сделал запись в журнал ядра. Мы можем также проверить, что модуль ещё в памяти:

Для удаления модуля запускаем:

Если вы снова запустите dmesg, то увидите в журнале запись “Goodbye, World!”. Можно снова запустить lsmod и убедиться, что модуль выгрузился.

Как видите, эта процедура тестирования слегка утомительна, но её можно автоматизировать, добавив:

в конце Makefile, а потом запустив:

для тестирования модуля и проверки выдачи в журнал ядра без необходимости запускать отдельные команды.

Теперь у нас есть полностью функциональный, хотя и абсолютно тривиальный модуль ядра!

Немного интереснее

Копнём чуть глубже. Хотя модули ядра способны выполнять все виды задач, взаимодействие с приложениями — один из самых распространённых вариантов использования.

Поскольку приложениям запрещено просматривать память в пространстве ядра, для взаимодействия с ними приходится использовать API. Хотя технически есть несколько способов такого взаимодействия, наиболее привычный — создание файла устройства.

В нашем примере мы возвращаем “Hello, World”. Хотя это не особенно полезная функция для приложений, она всё равно демонстрирует процесс взаимодействия с приложением через файл устройства.

Вот полный листинг:

Тестирование улучшенного примера

Теперь наш пример делает нечто большее, чем просто вывод сообщения при загрузке и выгрузке, так что понадобится менее строгая процедура тестирования. Изменим Makefile только для загрузки модуля, без его выгрузки.

Теперь после запуска make test вы увидите выдачу старшего номера устройства. В нашем примере его автоматически присваивает ядро. Однако этот номер нужен для создания нового устройства.

(в этом примере замените MAJOR значением, полученным в результате выполнения make test или dmesg )

Параметр c в команде mknod говорит mknod, что нам нужно создать файл символьного устройства.

Теперь мы можем получить содержимое с устройства:

или даже через команду dd :

Вы также можете получить доступ к этому файлу из приложений. Это необязательно должны быть скомпилированные приложения — даже у скриптов Python, Ruby и PHP есть доступ к этим данным.

Когда мы закончили с устройством, удаляем его и выгружаем модуль:

Заключение

Надеюсь, вам понравились наши шалости в пространстве ядра. Хотя показанные примеры примитивны, эти структуры можно использовать для создания собственных модулей, выполняющих очень сложные задачи.

Просто помните, что в пространстве ядра всё под вашу ответственность. Там для вашего кода нет поддержки или второго шанса. Если делаете проект для клиента, заранее запланируйте двойное, если не тройное время на отладку. Код ядра должен быть идеален, насколько это возможно, чтобы гарантировать цельность и надёжность систем, на которых он запускается.

Источник

Как правильно изучать исходники ядра linux?

Не так давно я заинтересовался одним низкоуровневым вопросом работы ОС, но сходу не смог его разрешить. Мне посоветовали (что в принципе и логично) почитать исходники ядра, чтобы прояснить самому себе, как дело обстоит на самом деле. Скачать исходный код ядра убунты не оказалось проблемой, но вот разобраться в нем для меня оказалось довольно проблематично, что и не удивительно. Там столько файлов, и совершенно непонятно, куда копать =(

Короче, мне нужен совет или даже методика, как подходить к изучению исходных кодов ядра, да и чужого исходного кода вообще (хотя я сомневаюсь, что тут какая-то методика вообще может быть), не в привязке конкретно к моей проблеме (я умышленно тут не рассказываю, что именно я хочу узнать), а вообще, в принципе. Я хотел бы для начала хотя бы определиться со структурой папок, понять какие файлы за что отвечают, узнать о каких-то возможно основных файлах исходного кода.

Был бы очень рад ссылкам на полезные ресурсы или какие-нибудь книги по этой тематике!

3 ответа 3

Скачать исходный код ядра убунты не оказалось проблемой, но вот разобраться в нем для меня оказалось довольно проблематично, что и не удивительно. Там столько файлов, и совершенно непонятно, куда копать =(

Для меня, как и возможно для большинства людей,
Был самым простым путь в познании ядра,
Копаясь во всех фичах и настройках,
Мне приходилось собирать его с нуля. Компилить.

Т.е собирать, собирать, собирать, собирать
Ещё раз собирать, потом в него грузиться
Не бутится, опять, беда, опять идти и компилять.
Глядеть в dmesg, искать, вникать,
Всё бросить и снова 30-50 минут сидеть и компилить.

Зачем брать убунтушное,
Возьмите дефолтное, прямо на www.kernel.org,
Там документация, примерно тут: www.kernel.org/doc

В самом начале,на заре,
ядро являло из себя
лишь базовый функционал,
И постоянно дописывалось мудрым Торвальдсом.

Сейчас же, большинство необходимых вещей,
Таких как слойчатай файловая система aufs,
И модули прослушивания сетевых интерфейсов,
Всё это уже в ядре по-умолчанию,
Включается и выключается одной лишь строчкой
В конфигурационном файле сборки ядра.

Но Вы можете повторить весь этот путь
Найти себе интересным такой проект как grsecurity.net

Спомощью этого патча можно создать пули-не-пробиваемый сервант
С миллионом следящих, логгирующих элементов.
Запрещать всё, что только можно запрещать.
К слову сказать, достаточно нетривиальной
Является задача запуска X-сервера
С максимально-возможным «включеным» grsecurity-патчем.

Короче, мне нужен совет или даже методика, как подходить к изучению исходных кодов ядра,

Ищите интересный патч,
Вносите.
И компильте, сотни раз.
После 2 тысяч процедур
На Вас снизойдёт озарение.
Так было с каждым.
И будет так всегда.

Источник

Конфигурирование и компиляция ядра Linux

Пересборка ядра Linux дело очень интересное и почему-то часто отпугивает новичков. Но ничего сложного в этом нет, и скомпилировать ядро Linux бывает не сложнее, чем собрать (скомпилировать) любую другую программу из исходников. Пересборка ядра может понадобиться, когда вам требуются какие-нибудь функции, не включенные в текущее ядро, или же, наоборот, вы хотите что-то отключить. Все дальнейшие действия мы будем выполнять в Ubuntu Linux.

Установка утилит

Скачиваем исходный код ядра

Вывод команды будет примерно следующим:

Имя пакета, содержащего исходные коды ядра обычно имеет следующий вид: linux-source-Версия. Например, для ядра версии 2.6.24: linux-source-2.6.24. Самая последняя версия ядра в репозиториях Ubuntu называется просто linux-source, без указания версии на конце. Для установки исходных кодов последней версии ядра Ubuntu Linux, выполните команду:

Распаковываем исходный код ядра

Перейдем в директорию /usr/src и разархивируем ядро. Для этого выполните следующие команды:

Конфигурация ядра

Перед вами появится интерфейс, в котором вы можете включать или отключать определенные опции ядра:

Теперь выберите «Exit» (нажав кнопку Вправо и затем Enter ) и выйдите из утилиты. Перед выходом из утилиты выскочит сообщение с вопросом — сохранить проделанные изменения, выберите Yes.

Компиляция ядра

Пришло время скомпилировать ядро с теми изменениями, которые мы внесли на предыдущем шаге. Для начала выполним команду, которая удалит файлы (если они имеются), оставшиеся от предыдущей компиляции:

Наконец, чтобы запустить компиляцию ядра, выполним команду:

Компиляция ядра занимает довольно много времени и может длиться от нескольких десятков минут до нескольких часов, в зависимости от мощности вашего компьютера.

Установка (инсталляция) ядра

Запуск системы с новым ядром

Проверим работоспособность системы с новым ядром. Перезагрузите компьютер. В меню загрузчика GRUB вы должны будете увидеть новый пункт, соответствующей вашему новому ядру, которое должно загрузиться по умолчанию. Если все пройдет успешно, то система запустится с новым ядром.

Источник

Администрирование систем Linux. Ядро Linux

Часть VI. Работа с ядром ОС

Глава 28. Ядро Linux

28.1. О ядре Linux

В 1991 году Linus Torvalds разработал первую версию ядра Linux. Он выложил исходный код ядра в открытый доступ, после чего другие люди начали вносить свой вклад в его развитие. В разработке одной из версий ядра (а именно, версии 2.6.27, выпущенной в ноябре 2008 года) поучаствовало более 4000 разработчиков.

28.1.3. Файл /proc/cmdline

28.1.4. Однопользовательский режим

В некоторых дистрибутивах данная возможность заблокирована (на этапе компиляции ядра ОС).

28.1.5. Параметр init=/bin/bash

28.1.6. Файл журнала /var/log/messages

28.1.7. Утилита dmesg

Утилита dmesg выводит все сообщения ядра ОС (с момента последней загрузки системы).

28.2. Исходный код ядра Linux

28.2.1. Ресурс ftp.kernel.org

Каждый человек может воспользоваться ftp-клиентом для осуществления анонимного входа на ресурс ftp.kernel.org.

Архивы исходного кода всех версий ядра Linux расположены по пути pub/linux/kernel/.

28.2.2. Директория /usr/src

Данная структура поддиректорий очень похожа на структуру поддиректорий директории /usr/src в дистрибутиве Ubuntu за тем исключением, что в данном случае в директории расположен исходный код одной версии ядра (и эта версия более новая).

Нам придется погрузиться немного глубже в дерево директорий для того, чтобы добраться до исходного кода ядра ОС в дистрибутиве Red Hat!

28.2.3. Загрузка исходного кода ядра ОС

После этого вы можете использовать команду aptitude install для загрузки и установки пакета программного обеспечения с исходным кодом ядра Linux из состава дистрибутива Debian.

Red Hat Enterprise Linux

Ранее пакет программного обеспечения с исходным кодом ядра ОС располагался на четвертом установочном диске с пакетами исходного кода дистрибутива Red Hat Enerprise Linux. Файл пакета программного обеспечения носит имя kernel-2.6.9-42.EL.src.rpm (пример для дистрибутива RHEL версии 4 с обновлением 4). Также данный пакет доступен по адресу ftp://ftp.redhat.com/pub/redhat/linux/enterprise/5Server/en/os/SRPMS/ (пример для дистрибутива RHEL 5).

Для загрузки пакета исходного кода ядра ОС дистрибутива RHEL следует использовать длинную команду (команда должна располагаться в одной строке без завершающего символа \).

Нам придется выполнить дополнительные действия для того, чтобы использовать исходный код ядра ОС из пакета программного обеспечения по назначению.

28.3. Файлы, используемые в процессе загрузки ядра ОС

Файл vmlinuz из директории /boot является сжатым исполняемым файлом ядра ОС.

28.3.3. Файл System.map

Файл System.map содержит таблицу символов и изменяется при каждой компиляции ядра ОС. Таблица символов также присутствует в файле /proc/kallsyms (до выпуска ядра Linux версии 2.6 данный файл носил имя /proc/ksyms).

Последним файлом, копируемым в директорию /boot, является файл со значениями параметров конфигурации ядра ОС, используемый в процессе его компиляции. Данный файл не должен находиться директории /boot для корректного функционирования ядра ОС, но размещение его копии в данной директории является обычной практикой. Благодаря его наличию появляется возможность осуществления повторной компиляции ядра ОС с использованием тех же значений параметров конфигурации, которые были использованы для компиляции существующего работоспособного ядра ОС.

28.4. Модули ядра Linux

28.4.1. Информация о модулях ядра Linux

Ядро Linux является монолитным ядром с поддержкой загружаемых модулей. Данные модули содержат части ядра ОС, обычно используемые в качестве драйверов устройств, реализаций файловых систем и сетевых протоколов. В большинстве случаев необходимые модули ядра ОС загружаются автоматически и динамически без вмешательства системного администратора.

28.4.2. Директория /lib/modules

28.4.4. Утилита lsmod

28.4.5. Файл /proc/modules

28.4.6. Зависимости модулей ядра ОС

Некоторые модули ядра ОС зависят от других модулей ядра ОС. В следующем примере вы можете увидеть, что модуль ядра ОС с именем nfsd зависит от модулей с именами exportfs, lockd и sunrpc.

28.4.7. Утилита insmod

Утилита insmod не определяет зависимости между модулями ядра ОС, поэтому в следующем примере нам не удалось загрузить с помощью данной утилиты модуль с именем isdn (так как модуль с именем isdn зависит от модуля с именем slhc).

28.4.8. Утилита modinfo

28.4.9. Утилита modprobe

Большим преимуществом утилиты modprobe перед утилитой insmod является возможность первой утилиты загружать все необходимые модули ядра ОС, в то время, как вторая утилита требует загрузки всех необходимых модулей ядра ОС в ручном режиме. Другое преимущество данной утилиты заключается в отсутствии необходимости указания полного пути к файлу загружаемого модуля ядра ОС.

В данном примере показан способ загрузки модуля с именем isdn с помощью утилиты modprobe с автоматической загрузкой модуля с именем shlc в фоновом режиме.

28.4.10. Файл /lib/modules/ /modules.dep

28.4.11. Утилита depmod

28.4.12. Утилита rmmod

28.4.14. Файл конфигурации /etc/modprobe.conf

28.5. Компиляция ядра ОС

28.5.1. Дополнительная версия

Перейдите в директорию /usr/src/redhat/BUILD/kernel-2.6.9/linux-2.6.9/ и измените дополнительную версию ядра ОС, заменив значение параметра extraversion в файле с именем Makefile.

28.5.2. Команда make mrproper

28.5.4. Команда make menuconfig

28.5.5. Команда make clean

28.5.6. Команда make bzImage

Исполнение данной команды завершится выводом информации о пути к результирующему файлу bzImage (а также времени компиляции, если вы также использовали команду time ).

28.5.7. Команда make modules

28.5.8. Команда make modules_install

Для копирования всех скомпилированных модулей ядра ОС в директорию /lib/modules следует всего лишь выполнить команду make modules_install (на установку модулей уйдет примерно 20 секунд). В примере ниже приведен список содержимого директории модулей перед исполнением упомянутой команды.

А это список содержимого этой же директории после исполнения этой команды. Обратите внимание на то, что в процессе исполнения команды make modules_install была создана новая директория для модулей нового ядра ОС.

28.5.9. Директория /boot

28.5.10. Утилита mkinitrd

Ядро ОС обычно использует файл initrd в процессе загрузки. Мы можем использовать утилиту mkinitrd для генерации этого файла. Убедитесь в том, что вы используете корректное имя ядра ОС!

28.5.11. Системный загрузчик

На этом компиляция ядра ОС закончена, но не следует забывать о необходимости создания дополнительного станса для отображения пункта в меню системного загрузчика grub или lilo.

28.6. Компиляция отдельного модуля ядра ОС

28.6.1. Файл исходного кода hello.c

Небольшая программа на языке C послужит основой для нашего модуля ядра ОС.

28.6.2. Файл Makefile

Файл для сборки модуля ядра ОС будет содержать следующие строки.

Для компиляции модуля необходимы только два описанных файла.

Теперь у нас больше файлов.

Отлично, значит мы можем загрузить наш модуль ядра ОС с именем «hello».

Источник

ИТ База знаний

Полезно

— Онлайн генератор устойчивых паролей

— Онлайн калькулятор подсетей

— Руководство администратора FreePBX на русском языке

— Руководство администратора Cisco UCM/CME на русском языке

— Руководство администратора по Linux/Unix

Навигация

Серверные решения

Телефония

FreePBX и Asterisk

Настройка программных телефонов

Корпоративные сети

Протоколы и стандарты

Пошаговое руководство как собрать ядро Linux с нуля

Ядро Linux является основой Unix-подобных операционных систем. Ядро отвечает за связь между оборудованием и программным обеспечением и за распределение доступных ресурсов.

Онлайн курс по Linux

Мы собрали концентрат самых востребованных знаний, которые позволят тебе начать карьеру администратора Linux, расширить текущие знания и сделать уверенный шаг к DevOps

Все дистрибутивы Linux основаны на предопределенном ядре. Но если вы хотите отключить несколько параметров и драйверов или попробовать экспериментальные исправления, вам необходимо собрать ядро Linux.

В этом пошаговом руководстве вы узнаете, как собрать и скомпилировать ядро Linux с нуля.

Сборка ядра Linux

Процесс создания ядра Linux состоит из семи простых шагов. Однако процедура требует значительного времени для завершения, в зависимости от скорости системы.

Примечание. Если версия на веб-сайте ядра не совпадает с версией из приведенных ниже шагов, используйте эти команды и замените номер версии ядра.

Шаг 1. Загрузите исходный код

1. Посетите официальный сайт ядра www.kernel.org и загрузите последнюю версию. Загруженный файл содержит сжатый исходный код.

2. Откройте терминал и используйте команду wget для загрузки исходного кода ядра Linux:

По завершении загрузки в выходных данных отображается сообщение «saved».

Шаг 2: извлеките исходный код

Вывод отображает извлеченный исходный код ядра:

Шаг 3: Установите необходимые пакеты

Перед сборкой ядра установите дополнительные пакеты. Для этого запустите эту команду:

Команда, которую мы использовали выше, устанавливает следующие пакеты:

Шаг 4: Настройте ядро

Исходный код ядра Linux поставляется с конфигурацией по умолчанию. Однако вы можете настроить его под свои нужды. Для этого выполните следующие действия:

1. Перейдите к каталогу linux-5.9.6. с помощью команды cd :

2. Скопируйте существующий файл конфигурации с помощью команды cp :

3. Чтобы внести изменения в файл конфигурации, выполните команду make :

Команда запускает несколько скриптов, которые затем открывают меню конфигурации:

4. Меню конфигурации включает в себя такие параметры, как прошивка, файловая система, сеть и параметры памяти. Используйте стрелки, чтобы сделать выбор, или выберите HELP, чтобы узнать больше о вариантах. Когда вы закончите вносить изменения, выберите SAVE, а затем выйдите из меню.

Примечание. Изменение настроек некоторых параметров может привести к тому, что ядро не будет работать. Если вы не знаете, что изменить, оставьте настройки по умолчанию.

Шаг 5: Соберите ядро

1. Начните сборку ядра, выполнив следующую команду:

Процесс сборки и компиляции ядра Linux занимает некоторое время.

Терминал перечисляет все компоненты ядра Linux: управление памятью, драйверы оборудования, драйверы файловой системы, сетевые драйверы и управление процессами.

2. Установите необходимые модули с помощью этой команды:

3. Наконец, установите ядро, набрав:

Вывод показывает готово, когда закончено:

Шаг 6. Обновите загрузчик (необязательно)

Команда make install выполняет этот процесс автоматически, но вы также можете сделать это вручную.

1. Обновите initramfs до установленной версии ядра:

2. Обновите загрузчик GRUB с помощью этой команды:

Терминал выведет процесс и подтверждающее сообщение:

Шаг 7: перезагрузите и проверьте версию ядра

Когда вы выполните описанные выше действия, перезагрузите компьютер.

Когда система загрузится, проверьте версию ядра с помощью команды uname :

Терминал покажет текущую версию ядра Linux.

В этом пошаговом руководстве вы узнали, как собрать ядро Linux с нуля и установить необходимые пакеты.

Онлайн курс по Linux

Мы собрали концентрат самых востребованных знаний, которые позволят тебе начать карьеру администратора Linux, расширить текущие знания и сделать уверенный шаг к DevOps

Полезно?

Почему?

😪 Мы тщательно прорабатываем каждый фидбек и отвечаем по итогам анализа. Напишите, пожалуйста, как мы сможем улучшить эту статью.

😍 Полезные IT – статьи от экспертов раз в неделю у вас в почте. Укажите свою дату рождения и мы не забудем поздравить вас.

Источник