深入理解系统调用 -- 课程实验2

一、 搭建Linux内核调试环境

　　本次实验的目录架构，一个主目录LinuxK，其包含3个文件夹：linux-5.4.34内核文件夹，busybox文件夹和rootfs文件夹。

　　安装开发工具

sudo apt install build-essential
sudo apt install qemu # install QEMU 
sudo apt install libncurses5-dev bison flex libssl-dev libelf-dev

　　下载内核源码

# 在linuxK目录下
sudo apt install axel
axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/ linux-5.4.34.tar.xz 
xz -d linux-5.4.34.tar.xz 
tar -xvf linux-5.4.34.tar 
cd linux-5.4.34

　　配置内核选项

# 在linux-5.4.34目录下
make defconfig # Default configuration is based on 'x86_64_defconfig'
make menuconfig  
# 打开debug相关选项
Kernel hacking  ---> 
    Compile-time checks and compiler options  ---> 
       [*] Compile the kernel with debug info 
       [*]   Provide GDB scripts for kernel debugging
[*] Kernel debugging 
# 关闭KASLR，否则会导致打断点失败
Processor type and features ----> 
   [] Randomize the address of the kernel image (KASLR)

　　

　　编译运行内核

#在linux-5.4.34目录下
make -j$(nproc) # nproc gives the number of CPU cores/threads available
# 测试⼀下内核能不能正常加载运⾏，因为没有⽂件系统终会kernel panic 
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage  #  此时应该不能正常运行

　　

　　制作根文件系统

　　电脑加电启动⾸先由bootloader加载内核，内核紧接着需要挂载内存根⽂件系统，其中包含必要的设备驱动和⼯具，bootloader加载根⽂件系统到内存中，内核会将其挂载到根⽬录/下，然后运⾏根⽂件系统中init脚本执⾏⼀些启动任务，最后才挂载真正的磁盘根⽂件系统。我们这⾥为了简化实验环境，仅制作内存根⽂件系统。这⾥借助BusyBox 构建极简内存根⽂件系统，提供基本的⽤户态可执⾏程序。

# 在busybox目录下
axel -n 20 https://busybox.net/downloads/busybox-1.31.1.tar.bz2
tar -jxvf busybox-1.31.1.tar.bz2
cd busybox-1.31.1

　　注意：由于与gcc兼容性问题，不要去官网下载busybox，可用在https://github.com/mirror/busybox 下载 busybox。

make menuconfig
#记得要编译成静态链接，不⽤动态链接库。
Settings --->
     [*] Build static binary (no shared libs)
#然后编译安装，默认会安装到源码⽬录下的 _install ⽬录中
make -j$(nproc) 
make install

#制作内存根文件系统镜像
# 在linuxK目录下
mkdir rootfs
cd rootfs
cp ../busybox-1.31.1/_install/* ./ -rf
mkdir dev proc sys home
sudo cp -a /dev/{null,console,tty,tty1,tty2,tty3,tty4} dev/

　　准备init脚本⽂件，放在根⽂件系统跟⽬录下（rootfs/init），添加如下内容到init⽂件中

 #!/bin/sh
 mount -t proc none /proc 
 mount -t sysfs none /sys
 echo "Wellcome MyOS!"
 echo "--------------------" 
 cd home
 /bin/sh 

#在 rootfs 目录下 给init脚本添加可执⾏权限
chome +x init

# 在 rootfs目录下，打包成内存根⽂件系统镜像
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz
# 测试挂载根⽂件系统，看内核启动完成后是否执⾏init脚本
qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz　　

　　

　　此时，完成内核调试环境的搭建。

二、跟踪调试Linux内核