У меня было 2 сисколла, 40 свободных гигов для виртуалки, 12 потоков,
Linux Kernel 5.8.1 и множество статей, инструкций и документаций всех сортов и расцветок,
а также Ubuntu 20.04 LTS, vim и мои нервы.
Не то что бы это был необходимый запас для сборки. Но если начал собирать ядро, становится трудно остановиться.
Единственное что вызывало у меня опасение – это кернелспейс.
Нет ничего более беспомощного, безответственного и испорченного, чем студент, пытающийся разобраться в ядре Linux.
Я знал, что рано или поздно закончу собирать эту дрянь.
Начинаем путешествие
Копаться в ядре стоит прежде всего на виртуальной машине.
Иначе, если что-то сломается, операционная система может просто не взлететь.
Ставим образ Убунты на виртуальную машину. Я делал через Boxes, ибо так проще всего.
Запускаем виртуалку и полностью её обновляем
sudo apt update && sudo apt upgrade
Скачиваем нужные пакеты для сборки ядра
sudo apt install build-essential libncurses-dev libssl-dev
libelf-dev bison flex
Устанавливаем архив ядра
wget -P ~/Downloads/
https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.8.1.tar.xz
Распаковываем архив ядра в домашнюю директорию
tar -xvf ~/Downloads/linux-5.8.1.tar.xz -C ~/
Пишем системный вызов
В системном вызове мне нужно достучаться до структуры pci_dev,
достав любое pci-устройство, и вывести поля device и vendor в пространство пользователя.
Переходим в директорию ядра
Создаём директорию с именем эквивалентному нашему системному вызову.
В моём случае нужно достать поля из структуры pci_dev. Так и назовём директорию.
Создаём C файл и записываем код системного вызова в него
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/syscalls.h>
#include <linux/pci.h>
#include <linux/uaccess.h>
// Структура, которую будем передавать в пространство пользователя
struct pci_device_info {
unsigned short vendor_id;
unsigned short device_id;
};
/* Объявление системного вызова (запятые в аргументах правильные).
info: указатель на эту же структуру, но в пространстве пользователя.
*/
SYSCALL_DEFINE1(pci_dev, struct pci_device_info *, info)
{
struct pci_dev *dev = NULL;
struct pci_device_info dev_info;
dev = pci_get_device(PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, dev);
dev_info.device_id = dev->device;
dev_info.vendor_id = dev->vendor;
// Печатаем информацию о структуре в пространство ядра
printk(KERN_INFO "pci vendor id [%d]\n", dev_info.vendor_id);
printk(KERN_INFO "pci device id [%d]\n", dev_info.device_id);
// Передаём структуру в пространство пользователя
copy_to_user(info, &dev_info, sizeof(struct pci_device_info));
return 0;
}
Сохраняем изменения и выходим из vim`а.
В той же директории создаём Makefile
Пишем это в Makefile нашего системного вызова.
obj-y := pci_dev.o
Открываем Makefile ядра
Здесь нам нужна строчка core-y с перечислением директорий а-ля kernel/ certs/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/
Дописываем здесь директорию с нашим системным вызовом.
Должно получиться так:
kernel/ certs/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/ pci_dev/
Добавляем прототип функции нашего системного вызова и структуру в заголовочный файл системных вызовов
vim include/linux/syscalls.h
В самый конец над #endif добавляем
struct pci_device_info;
asmlinkage long sys_pci_dev(struct pci_device_info *);
Добавляем запись о нашем системном вызове в таблицу системных вызовов
vim arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl
В самый конец таблицы с 64-битным системными вызовами пишем следующее.
440 common pci_dev sys_pci_dev
Важно соблюдать нумерацию и табы.
Установка и сборка ядра
Конфигурируем ядро
Здесь нам нужна стандартная конфигурация.
Тыкаем в Save, а потом в Exit.
Узнаём, сколько у нас логических ядер
У меня их 12. Это нужно, чтобы задействовать все ядра процессора для сборки ядра операционной системы (беды с терминологией ).
Собираем ядро
-j - с помощью этого флага указываем, сколько задач будет исполняться одновременно
Собираем модули для установки ядра
sudo make modules_install -j12
Устанавливаем ядро
Обновляем загрузчик, чтобы запуститься с новым ядром
Перезагружаемся
Пишем программу в user-space
Теперь напишем программу, которая будет делать системный вызов и выводить в стандартный поток информацию о структуре.
Создаём C программу
#include <linux/kernel.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
// Определяем системный вызов для простоты
#define __NR_pci_dev 440
// Наша пользовательская структура,
// которую будем заполнять с помощью системного вызова
struct pci_device_info {
unsigned short vendor_id;
unsigned short device_id;
};
// Определение функции для системного вызова
long pci_dev_syscall(struct pci_device_info *ptr)
{
return syscall(__NR_pci_dev, ptr);
}
int main()
{
// Инициализируем структуру для заполнения
struct pci_device_info result = { 0 };
// Исполняем системный вызов, в аргумент которого помещаем
// указатель на пользовательскую структуру
pci_dev_syscall(&result);
// Выводим поля структуры в стандартный поток
printf("vendor_id: %hu\n", result.vendor_id);
printf("device_id: %d\n", result.device_id);
return 0;
}
Собираем программу
gcc -o pci_dev_user pci_dev_user.c
Запускаем программу
./pci_dev_user
> vendor_id: 32902
> device_id: 10688
Смотрим вывод ядра
dmesg
> [ 38.604541] pci vendor id [32902]
> [ 38.604544] pci device id [10688]
Работает!
То же самое, но для структуры syscall_info
Буду более краток, ибо процесс по сборке и написанию идентичный.
Однако, чтобы достать структуру пришлось много потеть и прыгать от одной структуры к другой.
Системный вызов
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/syscalls.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/ptrace.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/pid.h>
#include <linux/sched/task_stack.h>
#include <linux/export.h>
#include <linux/types.h>
// Здесь структура очень маленькая,
// так что просто передаём её напрямую пользователю,
// используя определение из ptrace.h
SYSCALL_DEFINE2(syscall_info, int, pid_input,
struct syscall_info *, info)
{
printk(KERN_INFO "process's pid: %d\n", pid_input);
struct pid *pid_task = NULL;
pid_task = find_get_pid(pid_input);
struct task_struct *task = NULL;
task = get_pid_task(pid_task, PIDTYPE_PID);
struct syscall_info sys_info;
task_current_syscall(task, &sys_info);
printk(KERN_INFO "user_sp: %llu", sys_info.sp);
copy_to_user(info, &sys_info, sizeof (struct syscall_info));
return 0;
}
Клиентская программа
#include <linux/kernel.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define __NR_syscall_info 441
// Задаём описание структуры
struct seccomp_data {
int nr;
__u32 arch;
__u64 instruction_pointer;
__u64 args[6];
};
struct syscall_info {
__u64 sp;
struct seccomp_data data;
};
long syscall_info_syscall(int pid_input, struct syscall_info *ptr)
{
return syscall(__NR_syscall_info, pid_input, ptr);
}
int main(int argc, char **argv)
{
char *a = argv[1];
int pid_id = atoi(a);
printf("Pid_id: %d\n", pid_id);
struct syscall_info result;
syscall_info_syscall(pid_id, &result);
printf("Syscall_number: %d\n", result.data.nr);
printf("User Stack Pointer: %lld\n", result.sp);
return 0;
}
Запускаем программу
Pid_id: 958
Syscall_number: 7
User Stack Pointer: 140726335318048
Смотрим вывод ядра
[ 21.342638] user_sp: 140726335318048
Указатели стека идентичны, значит, структура передана верно!
Проблемы и решения
Не работает “sudo update-grub”
Изменяем конфигурацию загрузчика, чтобы загрузиться с нужным ядром
Строки ниже должны быть следующими:
GRUB_DEFAULT=0
GRUB_TIMEOUT=-1 # Чтобы была возможность выбрать нужную версию ядра
GRUB_HIDDEN_TIMEOUT=0
Что-то там с сертификатами и доверенными ключами
Изменяем конфигурацию ядра.
scripts/config --disable SYSTEM_TRUSTED_KEYS
или
scripts/config --set-str SYSTEM_TRUSTED_KEYS ""
BTF: .tmp_vmlinux.btf: pahole (pahole) is not available
