编译Linux内核并添加系统调用

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编译Linux内核并添加系统调用

写在前面

今天无聊。。好像我一直都很无聊，想着用VS2019为Linux开发应用程序，过程比较顺利，安装完相应的组件直接建立解决方案就OK了。
然而我觉得用图形化的Linux来作为调试客户端有点占内存（这里用的是本地的虚拟机），所以我就去Ubuntu官网下载了server版，只有命令行窗口，内存分配了2G，暂时解决了我的问题
可是新的疑问产生了，Linux是最伟大的开源软件，可以很方便的得到它的源代码，那么要经过什么样的过程，这些源代码才会变成供我们使用的操作系统呢？
带着这个疑问，我打开了百度搜索，结果耗费了6个小时，不过好在编译成功了

运行环境

Oracle VM VirtualBox
Ubuntu20.04-Server
linux-5.12-rc7
如何在VM Box中安装Ubuntu Server还请充分利用网络资源

Let's Go!

传输内核
你可以直接使用wget命令获取Linux内核，当然这需要你的虚拟机联网，命令如下：
wget https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/snapshot/linux-5.12-rc7.tar.gz
介于国内和谐的网络环境，你可以使用迅雷下载，然后使用scp命令传输上去，命令如下：

#需要终端连接工具，这里推荐git bash，安装Windows版本的git就可以得到
#ljc545w是我所使用的用户名，后面的IP是虚拟机地址，请替换成你自己的内容
scp linux-5.12-rc7.tar.gz ljc545w@192.168.1.4:~/

解压缩

sudo tar xvzf linux-5.12-rc7.tar.gz -C /usr/src/

安装依赖

#执行该命令后可以解决大多数问题
sudo apt-get install git fakeroot build-essential ncurses-dev xz-utils libssl-dev bc flex libelf-dev bison

配置文件

cd /usr/src/linux-5.12-rc7
#可以使用已有的配置文件，但编译时间会很久
sudo cp /boot/config-5.4.0-72-generic .config
#执行以下命令，在弹出的菜单里先选择save再exit
sudo make menuconfig
#或者使用默认配置，编译时间会大幅缩短
sudo make defconfig

一个错误
如果使用已有的配置文件，需要注释掉一条语句，不然编译过程会报错

sudo vim .config
#在倒数200行左右找到如下语句并注释掉，在开头加#即可
CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="debian/canonical-certs.pem"

注意：在按i进入编辑模式前按shift+g可以快速跳到尾行

添加系统调用

修改sys.c

sudo vim /usr/src/linux-5.12-rc7/kernel/sys.c

在末尾贴入以下代码：

SYSCALL_DEFINE1(ljc545w,char,n)
{
        printk("ljc545w的系统调用!");
        if(n>='0'&&n<='9')return 0;
        if(n>='a'&&n<='z')return 1;
        else return 2;
}

修改syscalls.h

sudo vim /usr/src/linux-5.12-rc7/include/linux/syscalls.h
#在末尾添加
asmlinkage long sys_ljc545w(char n);

修改syscall_64.tbl

sudo vim /usr/src/linux-5.12-rc7/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl

添加一个系统调用号，如图所示，443就是我添加的，注意不要与已有调用号重复了
添加系统调用号

开始编译

可以使用如下命令开始编译：
sudo make
或者使用多线程，n表示cpu核数*2，如果是两核就写j4：
sudo make -jn
如果你使用现有的配置文件，这会是一个漫长的过程...

two years later...
OK，现在你已经编译完成了，使用如下命令来安装吧~

#为内核安装模块
sudo make modules_install
#将内核安装到当前系统
sudo make install

这一步也许会很久，也许一下就好了

启用引导菜单

内核安装完毕会自动更新grub2配置文件，但是引导菜单默认是跳过的，现在我们启用它

sudo vim /etc/default/grub
#这一行要注释掉
GRUB_TIMEOUT_STYLE=hidden
#将等待时间设为10
GRUB_TIMEOUT=10
#更新配置文件
sudo update-grub2

然后使用sudo reboot命令重启虚拟机，就可以看到引导菜单了
引导菜单
选择Advanced options，点击Enter，可以看到下图：
内核列表
选择自己编译的内核，回车即可进入系统
文章写完我试了一下，好像Ubuntu那个选项就是刚编译的内核

校验系统调用

这里提供两种方案，第一种是查询关键字

cat /proc/kallsyms | grep ljc545w

或者写一个C程序，vim mycall.c，内容如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<error.h>
#include<sys/syscall.h>
int main()
{
        char n;
        long int t;
        printf("Please Enter a symbol:");
        scanf("%c",&n);
        //这里用到了系统调用号
        t=syscall(443,n);
        printf("System call sys_ljc545w_syscall return %ld\n",t);
        if(t==0)
                printf("This is a number.\n");
        else if(t==1)
                printf("This is a small letter.\n");
        else
                printf("This is another notation.\n");
        return 0;
}

使用gcc编译
gcc -o mycall.out mycall.c
执行
./mycall.out
根据提示输入一个字符，即可看到系统调用的返回值即相应的判断结果:
返回结果
查看printk信息
在系统调用里面我们添加一行printk打印调用日志，这一行默认是不显示在命令行窗口的，可以使用dmesg来查看：
dmesg

写在后面

一下午踩了不少坑，主要是sys.c中的声明方式，跟网上多数教程提到的不太一样，所以编译过程中报错了，不过幸好，一个下午搞定，以后可以为Linux添加一些自己的想法了。