Linux内核编译与系统调用

今天尝试一下人生中第一次编译Linux内核，遇到了几个问题，也收获了很多技能，总的来说还是很有意义的。

Linux体系结构简介

Linux体系结构

Linux可以分为两部分，分别为用户空间和内核空间具体如下图：

1)用户空间包括：用户的应用程序、C库

2)内核空间包括：系统调用接口、内核（狭义的）、平台架构相关的代码

Linux内核结构（广义内核）

Linux内核由七个部分构成，具体如下图所示：

a) 系统调用接口（SCI）：open、read、write等系统调用
b) 进程管理（PM）：创建进程、删除进程、调度进程等
c) 内存管理（MM）：内存分配、管理等
d) 虚拟文件系统（VFS）：为多种文件系统提供统一的操作接口
e) 网络协议栈：提供各种网络协议
f) CPU架构相关代码（Arch）：为的是提高至移植性
g) 设备驱动程序（DD）：各种设备驱动，占到内核的70%左右代码

Linux内核源码简介

源码获取

可以从官网直接下载：https://www.kernel.org/

源码目录简介

其源码主要有以下目录（介绍重要目录）：
a) Arch目录：存放处理器相关的代码。下设子目录，分别对应具体的CPU，每个子目录有boot，mm，以及kernel三个子目录，分别对应系统引导以及存储管理，和系统调用
b) Include目录：内核所需要的大部分头文件目录。与平台无关的在include/linux子目录下，与平台相关的则放在include相应的子目录中。
c) fs目录：存放各种文件系统的实现代码。
d) init目录：init子目录包含核心的初始化代码（不是系统的引导代码）。其包含两个文件main.c和version.c，可以用来研究核心如何工作。
e) ipc目录：包含核心进程间的通信代码。
f) kernel目录：包含内核管理的核心代码。与硬件相关代码放在arch/*/kernel目录下。
g) mm目录：包含了所有的内存管理代码。与硬件相关的内存管理代码位于arch/*/mm目录下。
h) scripts目录：包含用于配置核心的脚本文件。
i) lib目录：包含了核心的库代码，与硬件相关的库代码被放在arch/*/lib/目录下

Linux内核编译（CentOS 7）

环境准备

安装所需的软件包：

1 2	`sudo yum update sudo yum install -y ncurses-devel make gcc bc bison flex elfutils-libelf-devel openssl-devel grub2`

下载内核源码：

1	`wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.17.11.tar.xz`

这里我用的是内核的4.17.11版本。

解压缩到当前目录：

1	`tar -xf linux-4.17.11.tar.xz`

重用当前系统内核的配置：

1	`cp -v /boot/config-3.10.0-693.el7.x86_64 .config`

然后我们就可以使用make menuconfig开启菜单了，随后即可自由配置所需的内核模块：

配置完config之后，保存并退出。

虚拟机增加磁盘容量

如果你的虚拟机磁盘容量大于30GB请直接跳过这部分！

由于当时安装虚拟机时没考虑去用它编译内核，因此虚拟机磁盘容量只有20GB，然后内核编译过程中就会出错，因为磁盘容量不足，因此这里说一下如何给CentOS 7虚拟机磁盘扩容。

1. VMware扩展磁盘

首先将虚拟机关机，在虚拟机上点击右键，设置，点硬盘，扩展，我这里设置的是40G，如果主机硬盘够大可以多设置一些，然后点击扩展，随后启动虚拟机。

2. CentOS中扩展

首先查看系统的磁盘情况：

1	`sudo fdisk -l`

[admin@localhost ~]$ sudo fdisk -l
[sudo] password for admin: 

Disk /dev/sda: 42.9 GB, 42949672960 bytes, 83886080 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x0009003d

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sda2         2099200    41943039    19921920   8e  Linux LVM
/dev/sda3        41943040    83886079    20971520   83  Linux

Disk /dev/mapper/centos-root: 39.6 GB, 39619395584 bytes, 77381632 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes


Disk /dev/mapper/centos-swap: 2147 MB, 2147483648 bytes, 4194304 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes

分区情况如上所示。

然后创建新的分区sda3：

1	`sudo fdisk /dev/sda`

然后根据提示创建分区：

Command (m for help): n   # 输入 n 表示创建新分区
Command action
   e   extended
   p   primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4): 3   # 输入 3 表示sda3，因为前面已经有两个了
First cylinder (1306-4568, default 1306):     # 回车，按默认值
Using default value 1306
Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (1306-4568, default 4568):   # 回车，按默认值
Using default value 4568

Command (m for help): w     # 输入 w 保存退出 
The partition table has been altered!

再次查看分区情况：

1	`sudo fdisk -l`

Disk /dev/sda: 42.9 GB, 42949672960 bytes, 83886080 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x0009003d

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sda2         2099200    41943039    19921920   8e  Linux LVM
/dev/sda3        41943040    83886079    20971520   83  Linux

Disk /dev/mapper/centos-root: 39.6 GB, 39619395584 bytes, 77381632 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes


Disk /dev/mapper/centos-swap: 2147 MB, 2147483648 bytes, 4194304 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes

分区已经变成3个了，但是还没有挂载，还不能使用。

重启操作系统：

1	`sudo reboot`

格式化新的分区为ext3文件系统：

1	`sudo mkfs -t ext3 /dev/sda3`

将物理硬盘分区初始化为物理卷：

1	`sudo pvcreate /dev/sda3`

向卷组中添加物理卷来增加卷组的容量：

[admin@localhost ~]$ sudo df -h
Filesystem               Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs                 894M     0  894M   0% /dev
tmpfs                    910M     0  910M   0% /dev/shm
tmpfs                    910M   11M  900M   2% /run
tmpfs                    910M     0  910M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/centos-root   37G   21G   17G  55% /
/dev/sda1               1014M  313M  702M  31% /boot
tmpfs                    182M  4.0K  182M   1% /run/user/42
tmpfs                    182M   24K  182M   1% /run/user/1000
/dev/sr0                 8.1G  8.1G     0 100% /run/media/admin/CentOS 7 x86_64
tmpfs                    182M     0  182M   0% /run/user/0

从以上信息我们可以看出，centos就是root所在的组名，输入指令增加卷组容量：

1	`sudo vgextend centos /dev/sda3`

查看可扩展空间大小并扩充磁盘空间：

[admin@localhost ~]$ sudo vgdisplay 
[sudo] password for admin: 
  --- Volume group ---
  VG Name               centos
  System ID             
  Format                lvm2
  Metadata Areas        2
  Metadata Sequence No  5
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV                0
  Cur LV                2
  Open LV               2
  Max PV                0
  Cur PV                2
  Act PV                2
  VG Size               38.99 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              9982
  Alloc PE / Size       9958 / <38.90 GiB
  Free  PE / Size       24 / 96.00 MiB
  VG UUID               IW5x2l-MRIe-AbnO-u110-wmFr-QCJj-DwN41a

正常未扩容之前Free PE / Size应该很大，由于我是先进行了扩容后写的博客，这里没法展示之前原本的数据。

扩充磁盘空间：

1	`sudo lvextend -L+20G /dev/mapper/vg_test001-lv_root /dev/sda3`

上面的20G就是我们扩容的容量，最大不应当超过Free PE / Size的值。

增大或者收缩未加载的文件系统的大小：

[admin@localhost ~]$ sudo df -hT
[sudo] password for admin: 
Filesystem              Type      Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs                devtmpfs  894M     0  894M   0% /dev
tmpfs                   tmpfs     910M     0  910M   0% /dev/shm
tmpfs                   tmpfs     910M   11M  900M   2% /run
tmpfs                   tmpfs     910M     0  910M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/centos-root xfs        37G   21G   17G  55% /
/dev/sda1               xfs      1014M  313M  702M  31% /boot
tmpfs                   tmpfs     182M  4.0K  182M   1% /run/user/42
tmpfs                   tmpfs     182M   24K  182M   1% /run/user/1000
/dev/sr0                iso9660   8.1G  8.1G     0 100% /run/media/admin/CentOS 7 x86_64
tmpfs                   tmpfs     182M     0  182M   0% /run/user/0

可以看出/dev/mapper/centos-root是xfs类型的

文件扩充：

1	`sudo xfs_growfs /dev/mapper/centos-root`

至此所有的步骤完成，扩容成功，如果中间出了什么错误，自行百度谷歌即可。

开始编译

进入到源码解压的目录下，依次执行如下命令开始内核编译，这可能需要几个小时的时间，可以写一个简单的shell脚本自动执行这些编译指令即可。

make bzImage
make modules
make
make modules_install
make install

这里最后一步make install之后我这里报了一个错误：

dracut[38489]: Failed to install module libnvdimmvmxnet3

目测是一个模块安装错误，但是重启后发现内核已经编译安装成功了，可以正常使用：

图中4.17.11内核就是我们新编译安装的。

但是，刚才为什么会报错呢？百度毫无疑问无解，我们直接谷歌，发现谷歌上有很多提问，相关内容也不多，于是改变思路，直接搜索未安装成功的libnvdimmvmxnet3模块，然后找到了答案。原来这是vm虚拟机的一个模块，emmmmm突然发现好像自己并没有解决这个问题。。。等我找出来原因在写

增加一个自定义的系统调用

1.踩坑合集(4.17.11版本内核勿看)

俗话说尽信书则不如无书，照着实验手册来做，忽然发现做出来的有问题，先记录一下这些有问题的

1.1加系统调用号：

先进入源代码根目录，也就是你安装的的内核的目录。在系统调用入口表中增加一项：

1 2	`cd arch/x86/entry/syscalls/ vi syscall_64.tbl`

在文件末端增加自己的系统调用函数以及对应的系统调用编号，注意不要覆盖原有的系统调用（333号为本文增加的）

这个时候其实已经感觉有点不对了，看看前面的系统调用号，明显和自己加的不一样。

1.2 声明系统调用函数

1
2
3

cd include/linux/

vi syscalls.h

在末端加入系统调用函数的声明：

1.3实现系统调用函数

1	`vi kernel/sys.c`

在文件末端加入对应的实现函数：

1.4编译安装内核同上，然后重启系统选择编译好的内核。

首先编写相应代码测试：

1	`vi mysys.c`

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>

int main(){
	int i;
	for(i = 0;i < 5;i++){
		printf("ret = %d\n",syscall(333,i));
	}
	return 0;
}

编译运行后，查看函数是否加入我们的内核：

1	`cat /proc/kallsyms \| grep mysyscall`

结果是：000000000000000 T sys_mysyscall

我们可以看到，自己编译的函数成功加入到内核，然后我们执行测试代码，然后用dmesg查看内核输出信息：

可以看出可以调用也正常加入了内核，但是参数明显不对，传参出现了错误！

2.正确做法（4.17.11版本及以上内核）

2.1加系统调用号：

先进入源代码根目录，在系统调用入口表中增加一项：

1 2	`cd arch/x86/entry/syscalls/ vi syscall_64.tbl`

在文件末端增加自己的系统调用函数以及对应的系统调用编号，注意不要覆盖原有的系统调用（333号为本文增加的）

2.2 声明系统调用函数

1
2
3

cd include/linux/

vi syscalls.h

在末端加入系统调用函数的声明：

2.3实现系统调用函数

1	`vi kernel/sys.c`

在文件末端加入对应的实现函数：

2.4编译安装内核同上，然后重启系统选择编译好的内核。

首先编写相应代码测试：

1	`vi mysys.c`

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>

int main(){
	int i;
	for(i = 0;i < 5;i++){
		printf("ret = %d\n",syscall(333,i));
	}
	return 0;
}

编译运行后，查看函数是否加入我们的内核：

1	`cat /proc/kallsyms \| grep mysyscall`

结果是：000000000000000 T sys_mysyscall

我们可以看到，自己编译的函数成功加入到内核，然后我们执行测试代码，然后用dmesg查看内核输出信息：

至此问题解决，成功增加了一个自己的系统调用!

欢迎大家批评指正！

#Linux

Linux内核编译与系统调用

https://chujian521.github.io/blog/2019/10/21/Linux内核编译与系统调用/

作者

Encounter

发布于

2019年10月21日

许可协议

使用多进程、多线程、多路复用实现Web服务器上一篇

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