OS 实验 - 使用 Docker 编译内核
使用 Docker + qemu 快速编译内核并实现自定义系统调用
2024/03/31
我编译个内核试试。
"你是什么电脑
"我是 MBP M3pro（自豪）
"洗洗睡吧
"项目根目录
Docker 启动
[zsh]docker run -it --privileged --platform linux/amd64 -v /srcPath:/root/projects/ --name ubuntu-amd64 ubuntu:20.04
编译 Linux Kernel
[bash]apt install sudo
apt install build-essential
apt-get update
apt-get install wget xz-utils -y
apt-get install libncurses-dev flex bison bc openssl libssl-dev dkms libelf-dev libudev-dev libpci-dev libiberty-dev autoconf gcc make gnu-standards libtool gettext
# 获取 kernel
cd /project && wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.15.108.tar.xz
tar -xf linux-5.15.108.tar.xz
cd linux-5.15.108
make menuconfig
make bzImage -j8
make modules
# 将编译好的内核拷贝到共享文件下
cp /root/projects/linux-5.15.108/arch/x86/boot/bzImage projects/
然后在宿主（本人为 macOS）环境中制作镜像（在挂载目录下，这样 docker 里能制作根目录）。
[zsh]qemu-img create -f raw disk.raw 512M
disk.raw 文件就相当于一块磁盘，为了在里面存储文件，需要先进行格式化，创建文件系统。比如在 Linux系统（这里是 Docker）中使用 ext4 文件系统进行格式化。格式化完成之后，可以在 Linux 系统中以 loop 方式将磁盘镜像文件挂载到一个目录上，这样就可以操作磁盘镜像文件中的内容了。
[bash]mkfs -t ext4 ./disk.raw
# 将磁盘镜像文件挂载到 img 目录上
sudo mount -o loop ./disk.raw ./img
尝试启动 qemu
[zsh]sudo qemu-system-x86_64 -kernel ./bzImage -append "root=/dev/sda console=ttyS0" -serial stdio
可以看到报了一个 Kernel Panic 的错误，还需要一个 root fs，使用 Busybox 来制作
编译 Busybox
编译 Busybox 拿到 initramfs-busybox-x86.cpio.gz，也就是上文提到的 root fs
[bash]wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.35.0.tar.bz2
tar xvjf busybox-1.35.0.tar.bz2
cd busybox-1.35.0
make defconfig
make menuconfig
make -j8
make CONFIG_PREFIX=../img install
cd ../img
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../initramfs-busybox.cpio.gz
# 你可以看到 /root/projects/initramfs-busybox-x86.cpio.gz
现在能直接启动 Qemu 了，在宿主机上启动
[zsh]sudo qemu-system-x86_64 \
-m 512M \
-smp 4 \
-kernel ./bzImage \
-drive format=raw,file=./disk.raw \
-append "console=ttyS0 root=/dev/ram" \
-serial stdio \
-initrd initramfs-busybox-x86.cpio.gz
新增系统调用并编译新内核
添加系统调用
[c]// 省略上下文
333 common io_pgetevents sys_io_pgetevents
334 common rseq sys_rseq
+548 common ivorsyscall sys_ivorsyscall
[c]#include <linux/kernel.h>
#include <linux/syscalls.h>
SYSCALL_DEFINE0(ivorsyscall)
{
printk(KERN_INFO "Ivor's syscall has been called!\n");
return 0; // 返回值可以根据你的需要进行更改
}
obj-y += ivor_syscall.o
测试系统调用
由于此文采用的 Tiny Kernel 环境没有 gcc， qemu 环境无法直接编译测试代码拿到产物，采用在 docker 环境中编译/srcPath/target/testmysyscall.c为产物，直接放到 busybox 镜像/usr/bin中作为 shell 调用。
[c]#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
// 548 是我的系统调用号
#define __NR_ivorsyscall 548
int main() {
long res = syscall(__NR_ivorsyscall);
printf("System call returned %ld\n", res);
return 0;
}
[bash]gcc -static -o testmysyscall testmysyscall.c
cp testmysyscall /root/projects/imgs/usr/bin
ls /root/projects/img/usr/bin
# 省略别的，可以找到已经 cp 进去的二进制文件
testmysyscall
# 重新把 img 下的镜像打包成 initramfs-busybox-x86.cpio.gz
cd /root/projects/imgs
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../initramfs-busybox.cpio.gz
# 你可以看到 /root/projects/initramfs-busybox-x86.cpio.gz
重新启动 qemu
[bash]sudo qemu-system-x86_64 \
-m 512M \
-smp 4 \
-kernel ./bzImage \
-drive format=raw,file=./disk.raw \
-append "console=ttyS0 root=/dev/ram" \
-serial stdio \
-initrd initramfs-busybox-x86.cpio.gz
输入testmysyscall你可以看到
