在Linux中编译内核代码

Question

好的，我正在阅读有关 Linux 内核开发的内容，其中有一些使用内核数据结构和内容的代码片段。假设我想尝试一下它们，例如有一个非常简单的片段：

#include <../../linux-2.6.37.1/include/linux/sched.h>
struct task_struct *task;
for_each_process(task) {
    printk("%s[%d]\n", task->comm, task->pid);
}

看起来很简单，是吗？那么现在我不可能建造这个东西了。我正在使用 NetBeans。 sched.h 是正确的文件，就好像可以按住 CTRL 键并单击它一样，就会转到正确的文件。

我是否需要以某种方式包含我的示例文件并从 Makefile 构建整个内核？我只是希望看到它能够构建并且可能会起作用。如果我需要构建整个内核，我将如何实际测试我的东西？

我一定做了一些非常愚蠢的事情，因为我对内核开发非常陌生。我有点失落了。

谢谢你们！

Answer 1

您不需要编译整个内核，但您至少必须创建一个内核模块，这更容易编译。您应该看一下教程，例如 this，甚至像这本书这样的完整书籍。

请记住，并非所有内核代码都可以移动到模块中 - 只有那些使用内核公共（导出）接口的代码才可以移动到模块中。内核核心部分（例如VM 或调度程序）固有的代码可能无法从内核的其余部分访问。

另请记住，不建议在您的开发计算机上尝试内核代码 -
轻微的错误很容易导致整个系统瘫痪。您应该考虑在单独的虚拟机中尝试内核代码，例如在 VirtualBox 中。

一个细节让事情变得更加困难：一般来说，您只能将模块插入到其构建的内核中。当且仅当内核相同时（即来自同一发行版的相同内核软件包版本），在主机系统上编译的模块才可以在测试虚拟机上使用。考虑到您需要升级主机发行版，我认为在测试系统上构建模块更简单。

由于您需要完整的 C 开发套件，因此您可能应该安装流行的 Linux 之一分布。它应该更稳定，您可以访问其用户社区。如果您想缩小其大小，您可以只安装基本系统，而不需要 X 服务器或图形应用程序。

BTW Netbeans 旨在开发用户空间应用程序。您可能可以将其改编为内核代码，但它永远不会像用户空间编程那样适合。事实上，没有哪个IDE是真正适合的。内核代码无法从用户空间运行（更不用说使用单独的虚拟机），这打破了 IDE 自动化的正常编辑 -> 编译 -> 运行 -> 调试工作流程循环。

大多数内核开发人员只是使用具有 C 语法突出显示功能的增强型编辑器，例如 Vim 或 Emacs。 Emacs 实际上是一个 IDE（以及更多），但是，正如我上面提到的，您无法轻松地使用基于 IDE 的工作流程进行内核代码开发。

Answer 2

如果您不想构建整个内核，则可以构建可加载的内核模块 - 例如参见 http://www.linux-tutorial.info/modules.php?name=Howto&pagename=Module-HOWTO。

Answer 3

您编写、编译和运行的所有代码都作为用户程序运行......好吧，用户程序在用户模式下运行。内核运行在内核模式。两种模式是分开的，不能直接看到对方。他们通过定义的接口进行通信。这些接口是 C 系统调用（与 C 库调用相对）。

为了能够访问 task_struct 结构，您的代码必须在内核模式下运行。最好的选择是编写一个内核模块，并将其加载到内核中。

Answer 4

很少有内核代码可以以任何形式在内核之外运行。大多数内核代码与内核代码的其他部分非常“交织在一起”（用我多年前从同事那里学到的一个短语来描述过度耦合）。函数“知道”许多结构的结构定义，而不是它们正在处理的内容。典型的软件工程人员讨厌这样的代码：

    if (unlikely(inode_init_always(sb, inode))) {
            if (inode->i_sb->s_op->destroy_inode)
                    inode->i_sb->s_op->destroy_inode(inode);
            else
                    kmem_cache_free(inode_cachep, inode);
            return NULL;
    }

该例程必须知道如何通过三个结构和函数指针的调用约定来销毁索引节点在链条的另一端。内核社区非常了解所有这些功能，并且很乐意在进行更改时修改整个内核结构中的成员名称，但是这种紧密耦合使得在用户空间中单独运行内核部分变得极其困难。 （相信我，有时我希望能够对在用户空间中运行的我的一小部分内核代码编写测试。）

如果您想尝试一下，建立一个虚拟系统并不难这些天使用 qemu+kvm 或 virtualbox 或 uml 运行来尝试对内核进行修改。在实时运行的系统上“玩”结构相当困难，但它比尝试在用户空间中编译部分内核要可行得多。

祝你好运。 :)

Answer 5

您可能喜欢使用 systemtap 作为小段内核模块代码的包装器：

# stap -g -e 'probe begin { your_function() exit() }
%{
#include <linux/whatever.h>
%}
function your_function() %{
   ... insert safe c code here ...
%}'

它也可以自动交叉编译（如果您使用 stap --remote=VIRTMACHINE ...）。